Spontaneous Pattern Formation and Genetic Diversity in Habitats with Irregular Geographical Features

: The role of spontaneous pattern formation, the appearance of inhomogeneities that are not directly imposed by external forces, has not been closely examined in the context of the origin and maintenance of genetic diversity in wild populations. Using individual-based computer simulations, we demonstrated that such patterns form in spatially distributed species with local demes under disruptive selection. In our model systems, spatial patterns of genetic diversity arose and changed over time even in the context of a spatially homogenous environment. The spatial distribution and dynamics of the fittest genotypes were controlled by the movement of boundaries between domains of the different genotypes. The rate of diversity decay was dramatically slower than predicted by traditional models. Therefore, spontaneous pattern formation may lead to the maintenance of genetic diversity of a species in a contiguous habitat, despite reproductive mixing. Moreover, the diversity persisted significantly longer in larger habitats and habitats with irregular geographical features. Habitat structure was intimately linked to the preservation of genetic diversity. Spontaneous pattern formation should be considered along with other spatial effects in the design of conservation areas. Resumen: El papel de la formacion espontanea de patrones, la apariencia de inhomogeneidades que no son impuestas directamente por fuerzas externas, no se ha examinado detalladamente en el contexto del origen y mantenimiento de la diversidad genetica en poblaciones silvestres. Utilizando simulaciones de computadora basadas en individuos, demostramos que tales patrones se forman en especies distribuidas espacialmente con demes locales bajo seleccion disruptiva. En nuestros sistemas de modelo, los patrones espaciales de diversidad genetica surgieron y cambiaron a lo largo del tiempo aun en el contexto de un ambiente espacialmente homogeneo. La distribucion espacial y la dinamica de los genotipos mas aptos fueron controlados por el movimiento de limites entre los dominios de los genotipos diferentes. La tasa de descomposicion de diversidad fue dramaticamente mas lenta de lo predicho por modelos tradicionales. Por lo tanto, la formacion espontanea de patrones puede conducir al mantenimiento de la diversidad genetica de una especie en un habitat contiguo, a pesar de la mezcla reproductiva. Mas aun, la diversidad persistio significativamente por mas tiempo en habitats mas extensos y en habitats con caracteristicas geograficas irregulares. La estructura del habitat estuvo intimamente ligada a la preservacion de la diversidad genetica. La formacion del patron espontaneo debe ser considerada, junto con otros efectos espaciales, en el diseno de areas de conservacion.