Individuelle Geschichten und Selektion in heterogenen Populationen

Die Stärke der Selektion in Populationen wurde traditionell durch die Messung von Veränderungen in den allgemeinen Populationparametern, wie den durchschnittlichen Fortpflanzungsraten, abgeleitet. Die Trennung der Selektionseffekte von anderen Faktoren, wie spezifischen Reaktionen auf Umweltveränderungen, stellt ein erhebliches Problem sowohl in der Mikrobiologie als auch in anderen Bereichen, einschließlich der Krebsbiologie und Immunologie, dar, wo Selektion innerhalb phänotypisch heterogener Zellpopulationen auftritt. Mit "individuellen Geschichten" – zeitlichen Abfolgen aller Fortpflanzungsereignisse und phänotypischen Veränderungen von Individuen und ihren Vorfahren – präsentieren wir einen alternativen Ansatz zur Quantifizierung von Selektion in unterschiedlichen experimentellen Rahmen. Selektion wird als ein Prozess betrachtet, der auf Geschichten einwirkt, und ein Maß für Selektion, das die Verteilung von Geschichten verwendet, wird eingeführt. Wir wenden dieses Maß auf phänotypisch strukturierte Populationen in schwankenden Umgebungen über verschiedene evolutionäre Regime an. Darüber hinaus zeigen wir, dass allein die Fortpflanzungsereignisse, die im Stammbaum der Zellteilungen der Population aufgezeichnet sind, ausreichen können, um die Selektion genau zu messen. Das Maß ist somit auf ein breites Spektrum biologischer Systeme anwendbar, von Mikroorganismen – einschließlich Arten, für die genetische Werkzeuge noch nicht existieren – bis hin zu Zellpopulationen, wie Tumoren und Stammzellen, wo detaillierte zeitliche Daten verfügbar werden.