Eco-evolutionary dynamics in host-virus systems

Frickel, Jens

In my thesis, I studied eco-evolutionary dynamics with the focus to advance this relatively novel research field. In general, I aim to develop a detailed mechanistic understanding of eco-evolutionary dynamics in host-virus systems and investigate the effects and important consequences of such dynamics in simple and increasingly complex food webs. The first chapter of this thesis serves as a general introduction into eco-evolutionary dynamics. Here, I review most recent findings concerning the field of eco-evolutionary dynamics and propose several further research directions by identifying important gaps in our knowledge, which then served as the most important driver for my thesis work. The second chapter addresses several missing links identified in chapter one; i) study eco-evolutionary dynamics with different types of biotic species interactions, ii) use systems with more than one evolving species, iii) use systems with more than one evolving trait, iv) combine empirical work with modeling. I test in great detail for eco-evolutionary dynamics in a host-virus system and combine this empirical work with mathematical modeling. In the third chapter, I extend the relatively simple host-virus community of chapter two with an additional player. As eco-evolutionary dynamics are not well understood in more complex systems, this approach enabled testing for increasing complexity in a controlled experimental design by comparing more complex systems with the relatively simple two species host-virus system. In the last chapter I take a different approach. As the results from the second chapter show a tight link between ecology and evolution, I investigate here the result of these eco-evolutionary dynamics on parallel and divergent evolution between replicate host populations that coevolved with a virus.

In meiner Doktorarbeit untersuchte ich ökologisch - evolutionäre Dynamiken mit dem Fokus dieses relativ neue Forschungsgebiet voranzutreiben. Im Allgemeinen versuche ich ein detailliertes Verständnis dieser dynamischen Abläufe in einem Wirt-Virus-System zu entwickeln, und deren Auswirkungen und wichtigen Folgen in einfachen und immer komplexer werdenden Nahrungsnetzen zu untersuchen. Das erste Kapitel dieser Arbeit dient als allgemeine Einführung in ökologisch - evolutionäre Dynamiken. Das zweite Kapitel befasst sich mit einigen der Lüken, die ich in Kapitel I dargestellt habe: ökologisch - evolutionären Dynamiken mit verschiedenen Typen biotischer Interaktionen, Systeme in denen mehr als eine Art und mehrere Merkmale evolvieren und die Kombination empirischer Arbeit mit Modellierung. Im Detail, teste ich ökologisch - evolutionäre Dynamiken in einem Wirt-Virus-System und kombiniere diese empirische Arbeit mit mathematischen Modellierung. Im dritten Kapitel erweitere ich das relativ einfache Wirt-Virus-System von Kapitel II mit einem zusätzlichen Organismus. Das Verständnis von ökologisch - evolutionäre Dynamiken in komplexeren Systemen ist noch nicht hinreichend untersucht, durch den hier beschriebenen Ansatz ist es mir möglich ansteigende Komplexität in einem kontrollierten experimentellen System zu testen, indem komplexere Systeme mit dem einfachen Wits-Virus-System verglichen werden. Im letzten Kapitel verfolge ich einen anderen Ansatz. Die Ergebnisse aus dem vorangegangenen Kapitel zeigen einen engen Zusammenhang zwischen Ökologie und Evolution, in diesem Kapitel untersuche ich vergleichend die aus den ökologisch - evolutionäre Dynamiken resultierende parallele und divergierende Selektion zwischen replizierten Wirts-Populationen die mit einem Virus koevolvieren.

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Frickel, Jens: Eco-evolutionary dynamics in host-virus systems.

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