Генетиката на любовта: между полов конфликт като основа за сътрудничество в моногамни двойки птици

Взаимоотношенията между партньорите, изпълнени с грижа, внимание и съпричастност, поетите наричат любов, а биолозите — междуполово взаимодействие, насочено към оцеляване и продължаване на рода. Някои видове предпочитат да наблягат на количеството — да се размножават с колкото се може повече партньори, за да увеличат потомството си, и така повишават шансовете за оцеляване на целия вид. Други създават моногамни двойки, които могат да спрат да съществуват само след смъртта на единия от партньорите. Дълги години учените считаха, че първият вариант е значително по-изгоден, но не е съвсем така. Моногамните двойки обикновено отглеждат потомството си заедно, т.е. защитават го от хищници, осигуряват храна и учат определени умения, докато в полигамните отношения всичко това най-често пада на крехките плещи на женските. Разбира се, има изключения, но днес не говорим за тях. Биолозите дълго време се интересуваха от още един любопитен момент — мъжките продължават да проявяват внимание към женските, дори когато двойката вече е сформирана и съществува от години. Какво обяснява такова поведение, каква е ползата от него и какви еволюционни аспекти са свързани с него? На тези въпроси ще намерим отговори в доклада на изследователската група. Да тръгваме.

Основата на изследването

Предвид темата на изследването, няма да се спираме на полигамните видове птици, а ще се съсредоточим върху пернатите романтици, които се влюбват веднъж завинаги.

Говорейки за моногамия, заслужава да се отбележи, че съществуват няколко нейни вида в зависимост от продължителността: един сезон, няколко години и за цял живот.

Сред птиците най-разпространена е сезонната моногамия. Ясен пример за това са дики гъски. Женските се занимават с гнездене и излюпване на яйца, а мъжките - с охрана на територията. На втория ден след излюпването семейството се отправя към най-близкия водоем, където малките гъски учат да търсят храна. В случай на опасност, която настигне на водата, женската яростно защитава потомството, докато мъжкият, явно припомняйки си важните дела, най-често спасява себе си. Не са най-идеалните отношения, каквото и да се каже.

Семейството на дики гъски.

Ако говорим за отношения, основани на постоянство, лебедите са най-добрите в това отношение. Те създават моногамна двойка за цял живот и дори не променят местоживеенето си без сериозна причина. Едно гнездо на лебедите, което може да тежи до 250 кг и да достига 1,5 м в диаметър, им служи много години, ако природни катаклизми или човешка намеса не го разрушат. В Чехия има гнездо, което е създадено още през 1864 година.

Строителните умения на лебедите не се нуждаят от оценка, когато виждаш такива съоръжения.

В отличие от дивите гъски, при лебедите царува равенство в задълженията: и двамата партньори мътят яйцата, търсят храна, учат потомството да лети и го защитават от опасности. Значителна роля в отношенията на лебедите играят различни ритуали: пеене, танци и т.н. Най-интересното е, че тези ритуали се провеждат не само по време на образуване на двойките (при първата среща), но и през целия им съвместен живот (дори когато мъжкият сменя женския по време на мътене, той изпълнява малък танц). За нас това изглежда много мило, романтично и абсолютно нелогично, тъй като от биологична гледна точка такова поведение няма никаква полза. Нали?

Етолозите* считат, че постоянното проявление на чувствата от страна на мъжките е свързано със запазването на репродуктивното състояние на женските.

Етология* е наука, която изучава генетично обусловеното поведение, т.е. инстинктите.

В същото време остава неясно защо такова поведение продължава не само в периода на първичното чифтосване, а през целия живот, тъй като на мъжките би им било логично да влагат повече усилия и енергия в потомството, а не в демонстрирането на чувства към женската. До днешния ден много изследователи смятаха, че интензивността на проявление на привързаността към женската пряко влияе върху качеството на чифтосването и, следователно, на потомството (т.е. на броя на отложените яйца).

Мъжкият на един от видовете райски птици танцува пред женската. Както виждаме, мъжкият изглежда много по-ярко от женската.

Тази теория се потвърдена от наблюдения. Женската, чийто партньор е неписан красавец и първият летател на селото, полага повече усилия в потомството, отколкото ако мъжкият е ни риба, ни месо. Звучи забавно и смешно, но ритуалите, които мъжките извършват пред женските, са насочени не само към демонстриране на красота, но и на сила. Така се е случило, че яркото оперение, красивото пеене и другите прояви на внимание от страна на мъжките представляват за женските само когнитивни сигнали, които те декодират в информация за мъжкия.

Учените от университетите в Северна Каролина и Чикаго, чийто труд разглеждаме днес, считат, че подобно поведение на мъжките е насочено към оптимизиране на поведението на женските по отношение на процеса на отглеждане на потомството.

Моделът, предложен от учените, е базиран на множество експерименти, които показаха, че усилването на тези сигнали от страна на мъжките увеличава приноса на женските в процеса на възпроизвеждане. Съществува предположение, че източникът на подобни стимулиращи ефекти са възприятийни отговори, произтичащи от свойствата на околната среда, сигналите и нервната система като цяло. Към момента са известни около 100 примера за подобни "отклонения" от обикновените сетивни системи (слух, зрение и мирис).

Когато мъжкият за пореден път демонстрира своите предимства пред другите мъжки, това може да се отрази положително на самия него (женската със сигурност ще го избере). Но за женската това може да бъде минус, тъй като ще намали бъдещата репродуктивна реализация. С други думи, имаме ситуация "да надминем очакванията". Мъжкият, който значително превъзхожда другите мъжки и постоянно показва знаци на интерес към женската, ще получи желаното — чифтосване и продължение на рода, а именно на своето. Женската, която очаква подобно поведение от другите мъжки, но не го получава, може да се окаже в плачевна ситуация. Такъв случай учените наричат междуполовой конфликт: демонстрацията на красота от мъжките се увеличава в популацията, а сред женските нараства съпротивата срещу тази тактика.

Този конфликт беше моделиран с използване на изчислителен подход (невронни мрежи). В получените модели сигнализаторът (източник на сигнала — мъжкият) използва перцептивното възприятие на приемника (приемник на сигнала — женският), което стимулира самите сигнали за сметка на възприятието. В определен момент настъпва промяна във възприятието на сигналите в популацията на женските (нещо като мутация), от което силата на сигналите на източника (мъжкия) ще бъде значително снижена. Постепенното нарастване на такива промени ще доведе до това, че определен тип сигнал ще стане абсолютно неефективен. С напредването на тези изменения, някои сигнали изчезват, губейки своята сила, но се появяват нови и процесът започва наново.

Тази доста сложна система всъщност е доста проста на практика. Представете си, че се появява мъжки с ярко перо (едно единствено), който се откроява на фона на другите, и женските предпочитат именно него. След това се появява мъжки с две ярки пера, след това с три и т.н. Но силата на подобен сигнал, заради неговото нарастване и разпространение, започва пропорционално да намалява. И изведнъж се появява мъжки, който може да пее красиво и да строи гнезда. В резултат красивото оперение като сигнал престава да бъде ефективно и започва да изчезва.

Въпреки това винаги има изключение от правилото — някои междуполови конфликти могат да прераснат в пълноправно и доста ефективно междуполово сътрудничество.

Схема на възникване на междуполов конфликт и междуполово сътрудничество.

Същността е в това, че мъжкият с по-изразен сигнал принуждава женската да слага не три яйца, а четири. За мъжкия това е добре — той ще има повече потомство с неговия генетичен фонд. За женската — не толкова, тъй като ще й се наложи да вложи повече усилия, за да накара всичкото потомство да оцелее и да достигне самостоятелна възраст. Следователно, женските започват да се развиват паралелно с мъжките, за да бъдат по-устойчиви на техните сигнали. В резултат може да има два пътя: конфликт или сътрудничество.

При сътрудничество женските еволюират по такъв начин, че да слагат 3 яйца, както преди да се появи по-силен сигнал от страна на мъжките, но продължават да реагират на тези сигнали. Това са женските хитрости в природния свят. Така се формира не просто двойка, а двойка, която взаимно подпомага на оптимално ниво за продължаване на рода от гледна точка на взаимодействието сигнал-отговор.

Мъжките обаче не могат да еволюират обратно, грубо казано. Укрепените им сигнали към женските дават резултат под формата на гнездо от три яйца, т.е. не такъв, какъвто е очаквано. Въпреки това, намаляването на сигнала до предишното ниво също ще бъде неефективно, тъй като ще доведе до намаляване на броя яйца в гнездото до две. Получава се затворен кръг — мъжките не могат да намалят силата на сигнала и не могат да я увеличат, тъй като женските в първия случай ще дадат по-малко потомство, а във втория — няма да реагират.

Естествено, нито мъжките, нито женските нямат зла умисъл или желание да поробват един друг. Целият този процес протича на генетично ниво и е насочен изцяло към доброто на потомството на съответната двойка и благополучието на вида като цяло.

Резултати от изследването

Използвайки математическо моделиране, учените оцениха условията, при които може да възникне междуполово сътрудничество. Количествената характеристика със средно значение zf описва основния принос на женската към нейното потомство. Първоначално средното значение може да се развива до оптималното си значение zopt, което зависи от две променливи: ползата от приноса (броя на оцелелите потомци) и цената на приноса за женските (cf). Последната променлива се оценява след размножаване, предполагаща, че част от женските оцеляват и в следващата година могат отново да произведат потомство, което води до увеличаване на броя на поколенията.

В това изследване ще се използват няколко термина, които е добре да поясним:

• сигнали — проявление на внимание от страна на мъжките към партньорките-женки (пение, танци и други ритуали), които се случват в създалите се двойки;
• включване / инвестиции — отговор на женските на тези сигнали, проявяващ се под формата на повече яйца в гнездото, повече време за грижа за бъдещото потомство и т.н.;
• респондент — женска, реагираща на сигналите на мъжкия;
• разходи — цената на приноса на женските към потомството (време в гнездо, време за търсене на храна, здравословно състояние в резултат на повече/по-малко яйца в гнездото и т.н.).

Новите сигнали на мъжките и реакциите на женските към тях бяха моделирани чрез свободно рекомбиниращи диалелни одно-локусни модификатори, а така се обединяват количествени и популационни генетични подходи. В локуса*, който контролира отговора на женската (A), първоначално се наблюдава висока честота на алела-респондент* (A2), съответстваща на предишното перцептивно възприятие

Локус* — местоположение на определен ген на генетичната карта на хромозома.

Алели* — различни форми на един и същ ген, разположени на същите локуси на хомоложни хромозоми. Алелите определят развитието на конкретен признак.

Ген-респондент* (Rsp) — ген, функционално свързан с фактора за нарушаване на сегментацията (ген SD), активният алел на който (Rsp+) може да потиска експресията на SD.

Локусът на сигнала (B) първоначално е фиксиран за алела без сигнал (B1). След това е въведен алел B2, който предизвиква поява на сигнали от мъжките.

Проявата на сигналите от мъжките също има своя цена (sm), но увеличава приноса на партньорката-женска (А2) с величина α. Например, α може да се изрази в допълнително яйце в кладката. При това увеличението на приноса на женската може да се прояви и в положителните ефекти, които оказва върху своето потомство.

Следователно, двойката, в която мъжкият носи алел на сигнализатора, а женският носи алел на респондера (т.е. двойки A2B2), има допълнителен принос от страна на женската и следователно по-висока плодовитост от останалите 3 комбинации.

Вариантите на комбинации от мъжки и женски по съотношение на сигналите и отговорите на тях.

Броят на потомството, което оцелело за размножаване през следващата година, е повлиян от зависимост от плътността* вътре в излюпването и зависимост от плътността на излюпването след оперението.

Зависимост от плътността* — процеси, зависещи от плътността, възникват, когато темповете на растеж на популацията са регулирани от плътността на тази популация.

Още една група променливи е свързана със смъртността на женските и мъжките след раждането на потомството. Тези променливи се определят от приноса в излюпването (cm — принос на мъжките, cf — приносът на женските), разходите за сигнали за мъжките (sm) и неселективната смъртност (dm — мъжките и df — женските).

Вдовици, вдовци, непълнолетни и всички преди това самотни индивиди се събират, за да образуват нови двойки, и годишният цикъл приключва. В изследваната модел акцентът е поставен върху генетичната моногамия, затова всички видове полови отбори (т.е. конкуренция между индивидите за партньор) се изключват от изчисленията.

Взаимовръзката между еволюцията на сигналите, респондентите и приноса.

Моделирането показа, че устойчив баланс се постига, когато мъжките подават сигнали, а женските отговарят на тях. В състояние на равновесие целият принос към потомството се възстановява до нивото, на което е бил преди появата на допълнителни сигнали от мъжките.

На графиката И по-горе е показан пример за еволюционна динамика, където приносът на женските към потомството се връща на оптимално ниво, което е резултат от еволюцията на количествения признак на приноса (пунктирната зелена линия — това е реалният принос, а плътната зелена линия — това е приносът, който не е реализиран поради липсата на отговор от женските на допълнителните сигнали от мъжките). На графиката В е показан алтернативен пример, когато между половия конфликт води до загуба на респондента.

А на графиката С са подчертани два параметъра, които влияят на такъв резултат: увеличението на приноса, причинено от допълнителни сигнали (α), и разходите на женските за този принос (cf). В червената област на графиката сигналите никога не се увеличават, тъй като техните разходи ще надвишават ползите. В жълтата и черната области честотата на сигналите се увеличава, което води до увеличаване на разходните инвестиции от страна на женските. В жълтата област отговорът на това става чрез намаляване на количествения инвестиционен признак, което води до постоянна фиксация на алелите както на сигналите, така и на респондентите. В черната област, където при реагиращите жени има повече индуцирани инвестиции, алелът, който отговаря, бързо се загубва, след него следват сигналите, както в традиционните модели на междуполовия конфликт (графика В).

Вертикалната граница между червената и жълтата области представлява точка, в която мъжките получават допълнителен принос в потомството, тъй като женските балансират разходите за проявата на сигналите. Хоризонталната граница, която отделя жълтата и черната области от червената, възниква по подобен начин, но по-малко очевидна причина. Когато разходите на женските за приноса са ниски, оптималната стойност на приноса ще бъде относително висока и следователно в началните условия приносът на женските ще бъде значително по-голям.cf) това означава, че сигналите предоставят на мъжкия пропорционално по-малка полза от приноса, който той причинява, което отново се компенсира с неговите разходи.zopt) максималното значение на приноса

Пространството на параметрите, в което сигналите и отговорите са фиксирани (жълтото), варира в зависимост от силата на селекцията и генетичната дисперсия на алела на респондента. Например, когато началната честота на алела на респондента е 0.9 вместо 0.99, показана на изображение №2, въвеждането на сигнали води до по-ефективна селекция по отношение на респондента (началната генетична дисперсия е по-висока), и черната област се разширява наляво.

Сигналите на мъжа могат да се появят, дори ако са свързани с разходи, които намаляват приноса му в текущото поколение (параметризирано sfec), като така оказват пряко влияние на приспособимостта* , както на мъжа, така и на жената, а не намаляват вероятността за оцеляване на мъжа.

Приспособимост* — способността за размножаване на индивиди с определен генотип.

Отношението на разходите за плодородие и сигнали (вляво) и отношението на разходите за жизненост и сигнали.

В аспекта на плодородието, когато сигналите на мъжа са фиксирани (жълтата област), всички мъже влагат по-малко в потомството, отколкото преди проявата на сигналите. В такъв случай приносът на женските ще бъде повече, отколкото е бил преди проявата на сигналите на мъжете.

По-голямото участие на женските, когато разходите на мъжките се регулират от плодовитостта (а не от жизнеспособността), увеличава средното число потомци на двойка, но това не компенсира напълно. С течение на времето по-голямото участие на женските води до увеличаване на средното число потомство, достигнало оперение, но намалява средния индекс на жизнеспособност на женските. Това води до създаването на нов баланс между тези две сили, при което средното число потомци е по-ниско, отколкото в случай на нормална жизнеспособност или в начални условия (преди проявата на сигналите).

От математическа гледна точка това изглежда по следния начин: ако сигналите на мъжките увеличават плодовитостта с 1% (но не увеличават жизнеспособността), то разходите на женските за потомство се увеличават с 1.3%, но същевременно тяхната смъртност също нараства с 0.5%, а числеността на потомството на двойка намалява с 0.16%.

Ако средната стойност на участието на женските първоначално е под оптималното ниво (например, заради влиянието на околната среда), то при проявата на стимулиращи разходи на сигналите възниква балансирана система, т.е. междуполова сътрудничество. В такава ситуация сигналите на мъжките не само увеличават участието на женските в потомството, но и тяхната адаптивност.

Подобно поведение на мъжките и женските най-често се проявява в следствие на външни промени (климат, среда на живот, количество налична храна и т.н.). В тази връзка учените предполагат, че формирането на моногамия при някои съвременни видове, докато техните предци са били полигамни, е обусловено от миграцията и, съответно, смяната на околната среда.

За по-подробно запознаване с нюансите на изследването, препоръчвам да се запознаете с доклада на учените и допълнителните материали към него.

Епилог

Тази изследване показа взаимовръзката между полиаморията и моногамията от еволюционна гледна точка. В царството на птиците мъжките винаги се стремят да надминат един друг, за да привлекат вниманието на женската: с ярко оперение, красив танц или дори с демонстрация на строителските си способности. Такова поведение е обусловено от конкуренцията сред мъжките, която е характерна за полиаморните видове, най-често. От гледна точка на женските, всички тези сигнали им позволяват да оценят качествата на мъжкия, които тяхното общо потомство ще наследи. Въпреки това, с времето мъжките започнаха да еволюират по такъв начин, че техните сигнали да бъдат по-ярки от тези на конкурентите. Женските, от своя страна, еволюираха по начин, който да противодейства на подобни сигнали. Налице трябва да бъде баланс. Ако разходите на женските за потомство не са пропорционални на ползата, тогава увеличаването на разходите няма смисъл. По-добре е да се положат 3 яйца и да се оцелее в процеса на мъти и отглеждане на потомството, отколкото да се положат пет и да се загине, опитвайки се да ги защитят.

Такъв междусексуален конфликт на интереси би могъл да доведе до катастрофално намаление на популацията, но еволюцията пое по по-разумен път — по пътя на сътрудничеството. В моногамните двойки мъжките продължават да се проявяват във всичките си аспекти, а женските отговарят на това с оптимален принос за потомството.

Интересно е, че светът на дивите животни не е обременен с морални принципи, закони и норми, а всички действия са обусловени от еволюцията, генетиката и желанието за продължаване на рода.

Възможно е за романтиците такова научно обяснение на крилата любов да изглежда твърде прозаично, но учените смятат иначе. Наистина, какво може да бъде по-прекрасно от това да еволюираме по такъв начин, че между женска и мъжки да има баланс и истинско партньорство, отразяващо интересите на двете страни и насочено към благото на бъдещите поколения.

Петъчен офф-топ:

Оф-топ 2.0:

Благодаря за вниманието, оставайте любопитни и приятни почивни дни на всички, приятели! 🙂

Благодарим ви, че оставате с нас. Харесвате ли нашите статии? Искате ли да виждате повече интересни материали? Подкрепете ни, като направите поръчка или препоръчате на познати, 30% отстъпка за потребителите на Хабра на уникален аналог на entry-level сървъри, който създадохме специално за вас: Цялата истина за VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 ядра) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от 20 $ или как правилно да разделите сървър. (с налични опции за RAID1 и RAID10, до 24 ядра и до 40GB DDR4).

Dell R730xd на половин цена? Всичко това само при нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100TB от 199 $ в Нидерландия! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2GHz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от 99 $! Чете се за това Как да построим инфраструктура от корпоративен клас с помощта на сървъри Dell R730xd E5-2650 v4 на стойност 9000 евро за малко пари?

Източник: habr.com