How wind can shape genetic variation and adaptability in metapopulations of wind-pollinated forest trees through its effect on pollen dispersal
In wind-pollinated tree species, wind conditions during pollination are a primary determinant of mating. The oft patchy distribution of trees over spatially heterogeneous environments suggests a metapopulation approach to the study of wind effects on pollen contributions to seeds. A mathematical model of distance-dependent pollen dispersal among five populations on a transect yields distributions of pollen sources, and thus their potentially adaptive genetic characteristics, in the seeds of each population. For scenarios of symmetric and directional dispersal over variable mean dispersal distance, structural characteristics of the seeds are quantified by effective number of pollen sources within populations and compositional differentiation of pollen contributions among populations. These measures avoid the problems of the fixation index FST, which confounds diversity and difference. Effects of wind depend on location. The population with the highest effective number of pollen sources in its seeds need not be the most representative nor even central. Symmetric dispersal over long distances can be statistically indistinguishable from random dispersal, but directional dispersal is not. Consequences for adaptation and practical implications for forest management and seed harvesting are discussed.
Bei windbestäubten Baumarten sind Windverhältnisse eine wesentliche Determinante von Paarungen. Die oft fragmentierte Verteilung von Bäumen über räumlich heterogene Umweltbedingungen legt einen Metapopulationsansatz nahe, um die Auswirkungen des Windes auf die Pollenbeiträge zu Samen zu untersuchen. Ein mathematisches Modell der entfernungsabhängigen Pollenverbreitung zwischen fünf Populationen an einem Transekt ergibt die Häufigkeitsverteilung von Pollenquellen mit ihrer potentiell adaptiven genetischen Information in den Samen jeder Population. Für Szenarien von symmetrischer bzw. gerichteter Verbreitung über variable mittlere Distanz werden strukturelle Eigenschaften der Samen durch eine effektive Anzahl von Pollenquellen in Populationen und der kompositionellen Differenzierung zwischen Populationen quantifiziert. Diese Maße sind frei von der Problematik des Fixierungindexes FST, welcher Vielfalt mit Differenz vermischt. Wind wirkt sich ortsabhängig aus. Die Population mit der höchsten effektiven Anzahl von Pollenquellen muss weder die repräsentativste sein noch im Zentrum liegen. Symmetrische Verbreitung über weite Distanzen kann von zufälliger Verbreitung statistisch ununterscheidbar sein, gerichtete Verbreitung jedoch nicht. Konsequenzen für Anpassung und praktische Implikationen für die Waldbewirtschaftung und die Saatgutgewinnung werden diskutiert.
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