Effects of Continuously Varying Landscapes on the Evolution of Cryptic Polymorphism

Abstract

In a changing heterogeneous landscape camouflage becomes a less effective defence for a mobile prey item because the prey needs to move across backgrounds where it is more visible to the predator. Often, some subhabitats host more resources than others, adding an additional complexity. The prey can thus either try to generally match many subhabitats or specialize to one habitat type, often resulting in polymorphic populations of many specialists. The selection for cryptic morphs happens through predation and the contribution of predator-prey interactions are already well studied, but previously heterogenous landscapes have rarely been modelled explicitly. A previous patch model suggested that a prey should specialize to the habitat which it prefers, but does this generalize to any spatial arrangement of habitats? Here I implement an Adaptive Dynamics framework for reaction-diffusion systems to study these questions for landscapes where background colour varies continuously between two extremes. Landscapes are randomly generated and evaluated by variance, skewness and Moran's Index which is a proxy for the landscape's `patchiness'. I study two scenarios: a) the prey finds resources uniformly throughout the landscape and b) the distribution of resources correlates with background colour making one habitat type more preferable. For robustness I also compare results to a two-patch model. In case a), variance is found to be the most decisive factor for predicting polymorphism. High variance significantly promotes polymorphism, whilst high patchiness and low skew slightly facilitate polymorphism. In b) none of these factors alone can predict polymorphism, but interactions skewness*patchiness and skewness*variance are decisive. The results mean, that an adaptation to resource poor patches is advantageous if richer patches are small and scattered, thereby giving rise to cryptic polymorphism. The model here finds that varying predation and the crypticity trade-off form polymorphism, but the effect varies in amplitude on different landscapes. Thereby, landscapes define the limits to the interplay between ecology and evolution. This work contributes to a better understanding of the landscape features which lead to different evolutionary outcomes and explain the sometimes puzzling differences in strategies for crypsis observed across species.

Popular Abstract (Swedish)

Tänk på en ödla som behöver gömma sig från en fågel, annars blir den uppäten. Det skulle vara klokt för ödlan att ha en färg som gör att den inte syns så bra i landskapet. Tyvärr är naturliga landskap sällan enhetliga — bakgrunden ser olika ut på olika platser. Ödlan måste alltså bestämma sig om den ska ha en färg som är specialiserad för en viss typ av bakgrund, eller en färg som ger ett hyfsat bra skydd över hela landskapet. Oftast leder det första alternativet till att arten blir mycket färgrik och består av många olika experter som är anpassade till varsin typ av miljö. Det skulle till exempel kunna finnas grå ödlor som gömmer sig bland stenar och gröna ödlor som bättre smälter in bland buskar — detta kallas polymorfism. I min uppsats undersöker jag när evolutionen leder till en sådan polymorfism. Det gör jag med hjälp av datorsimuleringar. Evolution kan man föreställa sig så här: En ödlas ungar liknar oftast sina föräldrar, men de är alltid lite olika. Om någon unge råkar få en färg som ger lite bättre skydd mot fåglar, så kommer denna färg att sprida sig i populationen över tid, eftersom de ungarna överlever lite oftare. Om minst två olika färger är bättre än föräldrarnas färg, då blir populationen polymorfisk. I min uppsats skapar jag slumpmässigt genererade landskap och undersöker när evolutionen leder till polymorfism i dessa landskap. Man kan tänka sig att fåglar och ödlor som rör sig slumpmässigt i landskapet beter sig lite som en vätska. Det har visat sig vara en användbar modell för att beskriva hur olika arter lever tillsammans. I mina modeller antar jag därför att djuren beter sig ungefär som vätskor. Med dessa två antaganden — att evolution sker i små förbättringssteg och att djuren sprider sig som vätskor — har jag kommit fram till flera resultat:\\
För det första verkar det viktigt att landskapet har stor variation i sina bakgrundsfärger för att polymorfism ska kunna utvecklas. Men om variationen blir väldigt stor, måste övergångarna mellan olika områden vara tillräckligt mjuka för att det ska fungera. Landskapet ska alltså variera överallt, men inte för mycket för att kunna skapa polymorfism. I naturen skiljer sig oftast mängden tillgänglig mat mellan olika områden. Till exempel kan ödlor hitta mycket fler insekter i gräsmarker än bland stenar. Påverkar detta utvecklingen av polymorfism? Det visar sig att det är mycket avgörande. Om gräsytorna är mycket dominerande, sprider sig de gröna ödlorna även in i steniga områden och konkurrerar ut de gråa ödlorna. Men om gräsytorna är mer utspridda och varierade, då skapas en tydlig nisch där gråa ödlor kan överleva vid sidan av de gröna. Då kan populationen bli polymorf. Det verkar alltså som att en besvärlig miljö där landskapet utmanar ödlan med stor färgvariation och utspridda resurser ligger till grunden till de färgrika arterna.

• author: Sudergat, Jannis Beat
• supervisor: Mikael Pontarp; Robert Klöfkorn
• organization: Mathematics (Faculty of Engineering); Mathematics (Faculty of Sciences); Centre for Mathematical Sciences
• course: NUMK11 20242
• year: 2025
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Mathematics and Statistics
• keywords: crypsis, polymorphism, camouflage, reaction-diffusion, evolution
• publication/series: Bachelor's Theses in Mathematical Sciences
• report number: LUNFNA-4060-2025
• ISSN: 1654-6229
• other publication id: 2025:K4
• language: English
• id: 9192977
• date added to LUP: 2025-09-01 13:53:56
• date last changed: 2025-09-01 13:53:56