Генетика на любовта: междуполов конфликт като основа за сътрудничество при двойки моногамни птици

Връзката между партньорите, изпълнена с грижа, прояви на внимание и съпричастност, се нарича от поетите любов, но биолозите я наричат ​​междуполови отношения, насочени към оцеляване и продължаване на рода. Някои видове предпочитат да се множат - да се размножават с възможно най-много партньори, за да увеличат броя на потомството, като по този начин увеличават шансовете за оцеляване на целия вид. Други създават моногамни двойки, които могат да престанат да съществуват само след смъртта на един от партньорите. Дълги години учените смятаха, че първият вариант е много по-изгоден, но това не е съвсем вярно. Моногамните двойки по правило отглеждат потомството си заедно, т.е. защитават го от хищници, получават храна и го учат на определени умения, докато в полигамните отношения всичко това най-често пада върху крехките плещи на женските. Разбира се, има изключения, но днес не говорим за тях. Биолозите отдавна се интересуват от друг интересен момент - мъжките продължават да показват признаци на внимание към женските, дори когато двойката им вече е формирана и съществува от няколко години. Какво причинява това поведение, каква е ползата от него и какви еволюционни аспекти са свързани с него? Отговор на тези въпроси ще намерим в доклада на изследователската група. Отивам.

Изследователска база

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

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

Сред птиците най-разпространена е сезонната моногамия. Ярък пример биха били дивите гъски. Женските участват в гнезденето и инкубирането на яйцата, а мъжкият е отговорен за защитата на територията. На втория ден след излюпването семейството отива до най-близкия водоем, където гъските се научават да търсят храна за себе си. В случай на опасност във водата женската яростно защитава потомството, но мъжът, очевидно си спомня важни неща, най-често бяга. Не е най-идеалната връзка, както и да я погледнете.

Семейство диви гъски.

Ако говорим за отношения, чиято основа е постоянството, тогава щъркелите са най-добрите в този въпрос. Те създават моногамна двойка за цял живот и дори не сменят мястото си на пребиваване, освен ако не е абсолютно необходимо. Едно гнездо на щъркели, което може да тежи до 250 кг и да достигне 1.5 м в диаметър, им служи дълги години, ако природни бедствия или човешка намеса не го унищожат. В Чешката република има гнездо, което е създадено през 1864 г.

Строителните умения на щъркелите не трябва да се оценяват, когато видите такива конструкции.

За разлика от дивите гъски, щъркелите имат равни отговорности: и двамата партньори излюпват яйца, търсят храна, учат потомството да лети и го защитават от опасности. Различни видове ритуали играят важна роля в отношенията на щъркелите: пеене, танци и др. Най-любопитното е, че тези ритуали се извършват не само по време на образуването на двойка (на първата среща), но и през целия им съвместен живот (дори когато замества женската по време на инкубация, мъжкият изпълнява малък танц). За нас това изглежда много мило, романтично и напълно нелогично, тъй като от биологична гледна точка няма никаква полза от подобно поведение. така ли е И тук можем спокойно да започнем да разглеждаме самото изследване, което трябваше да отговори на този въпрос.

Етолози* Те вярват, че постоянното проявление на чувствата им от мъжете е свързано със запазването на репродуктивното състояние при жените.

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

В същото време остава неясно защо това поведение продължава не само през периода на първичното чифтосване, но и през целия живот, тъй като би било по-логично мъжките да инвестират повече сила и енергия в потомството си, отколкото в демонстриране на чувства към женски пол. Досега много изследователи вярваха, че интензивността на изразяване на привързаност към женската пряко влияе върху качеството на чифтосването и следователно върху потомството (т.е. броя на снесените яйца).

Мъжка райска птица танцува пред женска. Както виждаме, мъжкият изглежда много по-ярък от женската.

Тази теория се потвърждава от наблюдения. Жена, чийто партньор е неписан красавец и първият летец в селото, полага повече усилия за потомството си, отколкото мъжкият да не е нито риба, нито птица. Звучи забавно и смешно, но ритуалите, които мъжките изпълняват пред женските, имат за цел да демонстрират не само красота, но и сила. Просто така се случва, че яркото оперение, красивото пеене и други прояви на внимание от мъжките са само когнитивни сигнали за женските, които тя декодира в информация за мъжкия.

Учените от университетите на Северна Каролина и Чикаго, чиято работа разглеждаме днес, смятат, че това поведение на мъжките е насочено към оптимизиране на поведението на женските във връзка с процеса на размножаване на потомство.

Моделът, предложен от учените, се основава на множество експерименти, които показват, че засилването на тези сигнали от мъжете увеличава приноса на жените в процеса на размножаване. Предполага се, че източникът на такива стимулиращи ефекти са перцептивните реакции, произтичащи от свойствата на околната среда, сигналите и самата нервна система. В момента са известни около 100 примера за такива "отклонения" от обикновените сетивни системи (слух, зрение и обоняние).

Когато мъжът отново демонстрира предимствата си пред другите мъже, това може да има положителен ефект върху самия мъж (женската определено ще го избере). Но за женската това може да бъде недостатък, тъй като ще намали бъдещата репродуктивна продукция. С други думи, имаме ситуация на „надхвърляне на очакванията“. Мъжки, който е значително по-добър от другите мъжки и постоянно проявява признаци на интерес към женската, ще получи това, което иска - чифтосване и размножаване, или по-скоро себеподобни. Жена, която очаква подобно поведение от други мъже, но не го получава, може да се окаже в ужасна ситуация. Учените наричат ​​такъв случай междусексуален конфликт: демонстрирането на себе си като красиви от мъжете нараства сред населението, а съпротивата срещу тази тактика нараства сред жените.

Този конфликт е моделиран с помощта на изчислителен подход (невронни мрежи). В получените модели сигнализаторът (източник на сигнал - мъж) използва перцептивното възприятие на приемника (приемник на сигнал - жена), което стимулира самите сигнали в ущърб на възприятието. В определен момент настъпва промяна във възприемането на сигналите в популацията от женски пол (вид мутация), в резултат на което силата на сигналите от източника (мъжкия) силно ще намалее. Постепенното увеличаване на такива промени ще доведе до факта, че един или друг вид сигнал ще бъде напълно неефективен. При възникването на такива промени някои сигнали изчезват, губят своята сила, но възникват нови и процесът започва отначало.

Тази много усукана система е доста проста на практика. Представете си, че се появява мъжки с ярко перо (само едно), той се откроява от останалите и женските го предпочитат. Тогава се появява мъжки с две ярки пера, после с три и т.н. Но силата на такъв сигнал, поради неговия растеж и разпространение, започва да пада пропорционално. И тогава изведнъж се появява мъжки, който може да пее красиво и да строи гнезда. В резултат на това красивото оперение като сигнал престава да бъде ефективно и започва да се изражда.

Винаги обаче има изключение от правилото - някои междуполови конфликти могат да прераснат в пълноценно и много ефективно междуполово сътрудничество.

Схема на възникване на междуполов конфликт и междуполово сътрудничество.

Основното е, че мъжът с по-изразен сигнал принуждава женската да снася не три яйца, а четири. Това е добре за мъжкия - той ще има повече потомство с неговия генофонд. За женската не толкова, защото тя ще трябва да положи повече усилия, за да гарантира, че цялото потомство ще оцелее и ще достигне независима възраст. Следователно женските започват да се развиват успоредно с мъжките, за да бъдат по-устойчиви на техните сигнали. Резултатът може да бъде по два начина: конфликт или сътрудничество.

В случай на сътрудничество женските еволюират до снасяне на 3 яйца, както преди появата на по-силен сигнал от мъжките, но продължават да отговарят на тези сигнали. Толкова за женските трикове в естествения свят. По този начин се формира не просто двойка, а двойка, която се поддържа взаимно на оптимално ниво за прокреация от гледна точка на взаимодействието сигнал-отговор.

Мъжете не могат да еволюират назад, грубо казано. Техните засилени сигнали към женските произвеждат съединител от три яйца, т.е. не според очакванията. Намаляването на сигнала до предишното ниво обаче също ще бъде неефективно, тъй като ще доведе до намаляване на броя на яйцата в съединителя до две. Получава се порочен кръг - мъжките не могат да намалят силата на сигнала и не могат да го увеличат, тъй като женските в първия случай ще раждат по-малко потомство, а във втория няма да реагират.

Естествено, нито мъжете, нито жените имат злонамерени намерения или желание да се поробват един друг. Целият този процес протича на генетично ниво и е насочен единствено към благото на потомството на отделна двойка и благосъстоянието на вида като цяло.

Резултати от проучването

Използвайки математическо моделиране, учените оцениха условията, при които може да възникне междусексуално сътрудничество. Количествена характеристика със средна стойност zf описва основния принос на женската за нейното потомство. Първоначално средната стойност се оставя да се развие до оптималната си стойност zopt, което зависи от две променливи: ползата от инвестицията (броят на оцелелите потомци) и цената на инвестицията за женски (cf). Последната променлива се оценява след размножаване, което предполага, че някои женски оцеляват и могат да създадат потомство отново на следващата година, което води до увеличаване на броя на поколенията.

Има няколко термина, които ще се използват често в това проучване, които си струва да бъдат обяснени малко:

• сигнали - проява на внимание от страна на мъжете към партньорките (пеене, танци и други ритуали), които се провеждат в сформирани двойки;
• принос / инвестиция - отговорът на женските към тези сигнали, проявяващ се под формата на по-голям брой яйца в съединителя, повече време за грижа за бъдещото потомство и т.н.;
• респондент - женската реагира на сигнали от мъжкия;
• разходи — цената на приноса на женските към потомството (време в гнездото, време за търсене на храна, здравен статус поради по-голям/по-малък брой яйца в кочилата и т.н.).

Нови мъжки сигнали и женски отговори към тях бяха моделирани с помощта на свободно рекомбиниращи диалелни модификатори с единичен локус, като по този начин се комбинират количествени и популационни генетични подходи. IN място*, който контролира реакцията на женската (А), първоначално се наблюдава висока честота на алела -отговарящ* (A2), съответстващо на съществуващо перцептивно възприятие

Локус* - местоположението на специфичен ген върху генетичната карта на хромозомата.

Алели* - различни форми на един и същи ген, разположени в едни и същи локуси на хомоложни хромозоми. Алелите определят пътя на развитие на определен признак.

Респондент ген* (Rsp) е ген, функционално свързан с фактора на нарушение на сегрегацията (SD ген), чийто активен алел (Rsp+) е способен да потиска експресията на SD.

Сигналният локус (В) първоначално е фиксиран към несигналния алел (В1). След това се въвежда алел B2, който предизвиква появата на мъжки сигнали.

Показването на сигнали за мъже също има своята цена (sm), но увеличава приноса на женския партньор (A2) със стойността α. Например α може да се изрази като допълнително яйце в съединителя. В същото време увеличаването на приноса на женската може да се прояви и под формата на положителни ефекти, които тя има върху своето потомство.

Следователно, двойка, в която мъжкият носи сигналния алел, а женската носи отговорния алел (т.е. A2B2 двойки), има допълнителен принос от женската и следователно по-висока плодовитост от останалите 3 комбинации.

Варианти на комбинации от мъже и жени според съотношението на сигналите и отговорите към тях.

Броят на потомството, оцеляло за възпроизвеждане през следващата година, се влияе от зависимост от плътността* в рамките на пилото и зависимост от гъстотата на пилото след оперяване.

Зависимост от плътност* Зависещите от плътността процеси възникват, когато скоростта на растеж на популация се регулира от гъстотата на тази популация.

Друга група променливи е свързана със смъртността на женските и мъжките след раждането на потомство. Тези променливи се определят от приноса към потомството (cm - принос на мъже, cf - принос на жени), разходи за сигнали за мъже (sm) и неселективна смъртност (dm - мъже и df - женски).

Вдовици, вдовци, непълнолетни и всички преди това необвързани индивиди се обединяват, за да образуват нови двойки и годишният цикъл е завършен. В изследвания модел акцентът е върху генетичната моногамия, следователно всички видове сексуален подбор (т.е. конкуренция между индивиди за партньор) са изключени от изчисленията.

Връзката между еволюцията на сигналите, респондентите и приносите.

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

На графиката А Горното показва пример за еволюционна динамика, при която женският принос към потомството се връща на оптималното ниво, което е резултат от еволюцията на количествената характеристика на приноса (пунктираната зелена линия е реалният принос, а плътната зелена линия е приносът, който не е реализиран поради липсата на женски отговор на допълнителни мъжки сигнали). На графиката В Показан е алтернативен пример, когато конфликтът между половете води до загуба на респондент.

И на графиката С Идентифицирани са два параметъра, които влияят на този резултат: увеличение на приноса, причинено от допълнителни сигнали (α) и разходите за жени за тази инвестиция (cf). В червената зона на графиката сигналите никога не се увеличават, тъй като цената им ще надвиши ползата. В жълтата и черната зона честотата на сигналите се увеличава, което води до увеличаване на скъпите инвестиции от страна на жените. В жълтата зона отговорът на това се случва чрез намаляване на количествената инвестиционна характеристика, което води до трайно фиксиране на алелите както на сигналите, така и на респондентите. В черния регион, където отговарящите жени имат повече индуцирана инвестиция, отговарящият алел бързо се губи, последван от сигнали, както в традиционните модели на междусексуален конфликт (графика В).

Вертикалната граница между червената и жълтата област представлява точката, в която мъжките печелят допълнителна инвестиция в потомство, поради това, че женските балансират цената на тяхното сигнализиране. Хоризонталната граница, разделяща жълтата и черната зона от червената, се появява по подобен начин, но поради по-малко очевидна причина. Когато инвестиционните разходи на жените (cf) са ниски, тогава оптималната стойност на приноса (zopt) ще бъде относително висок и следователно женският принос ще бъде значително по-голям в първоначалните условия. Последицата от това е, че сигналите осигуряват на мъжа пропорционално по-малка полза от инвестицията, която предизвиква, което отново се компенсира от разходите.

Пространството на параметрите, в което са фиксирани сигналите и отговорите (жълто), варира в зависимост от силата на селекцията и генетичната вариация на алела на респондента. Например, когато началната алелна честота на отговарящия е 0.9 вместо 0.99, показана на изображение #2, въвеждането на сигнали води до по-ефективна селекция на отговарящите (първоначалната генетична вариация е по-висока) и черната област се разширява вляво.

Мъжките сигнали могат да възникнат, дори ако идват с цена, която намалява приноса на мъжкия към текущото потомство (параметризирано sfec), като по този начин засяга пряко фитнес* както мъже, така и жени, вместо да намаляват вероятността за оцеляване на мъжките.

фитнес* - способността за възпроизвеждане на индивиди с определен генотип.

Връзката между разходите за плодовитост и сигналите (вляво) и връзката между разходите за жизнеспособност и сигналите.

По отношение на плодовитостта, когато мъжките сигнали са фиксирани (жълта област), всички мъже инвестират по-малко в потомството, отколкото преди сигнализирането. В този случай приносът на женските ще бъде по-голям, отколкото е бил преди появата на мъжките сигнали.

По-голямото инвестиране на жените, когато разходите за мъже се регулират от плодовитостта (а не от жизнеспособността), увеличава средния брой потомство на двойка, но не компенсира напълно. С течение на времето по-големият принос на женските увеличава средния брой потомство, достигащо до оперяване, но намалява средната жизнеспособност на женските. Това води до формирането на нов баланс между тези две сили, където средният брой на потомството е по-нисък, отколкото в случай на нормална жизнеспособност или в първоначалните условия (преди проявата на сигнали).

От математическа гледна точка изглежда така: ако мъжките сигнали повишават плодовитостта с 1% (но не повишават жизнеспособността), тогава разходите на женските за потомство се увеличават с 1.3%, но в същото време тяхната смъртност също се увеличава с 0.5 %, а броят на приплодите на двойка намалява с 0.16%.

Ако средната стойност на женския принос първоначално е по-ниска от оптималното ниво (например поради влияние на околната среда), тогава когато се проявят сигнали, стимулиращи растежа на разходите, възниква балансирана система, т.е. междуполово сътрудничество. В такава ситуация мъжките сигнали не само увеличават приноса на женските към потомството, но и тяхната годност.

Такова поведение на мъжките и женските най-често се дължи на външни промени (климат, местообитание, количество налична храна и др.). С оглед на това учените предполагат, че формирането на моногамия при някои съвременни видове, докато техните предци са били полигамни, се дължи на миграция и съответно промяна на околната среда.

За по-подробно запознаване с нюансите на изследването препоръчвам да разгледате съобщават учените и Допълнителни материали на него.

Епилог

Това изследване демонстрира връзката между полигамията и моногамията от еволюционна гледна точка. В царството на птиците мъжките винаги са се опитвали да се надминат, за да привлекат вниманието на женската: с ярко оперение, красив танц или дори демонстрация на техните строителни способности. Това поведение се дължи на конкуренцията между мъжките, което най-често е характерно за полигамните видове. От гледна точка на женските, всички тези сигнали позволяват да се оценят качествата на мъжките, които тяхното общо потомство ще наследи. С течение на времето обаче мъжките започнали да се развиват по такъв начин, че техните сигнали да са по-ярки от тези на техните конкуренти. Женските от своя страна са еволюирали да устояват на подобни сигнали. В крайна сметка винаги трябва да има баланс. Ако разходите на женските за потомство са непропорционални на ползите, тогава няма смисъл да се увеличават разходите. По-добре е да снесете 3 яйца и да оцелеете в процеса на инкубация и отглеждане на потомство, отколкото да снесете пет и да умрете, опитвайки се да ги защитите.

Такъв междуполов конфликт на интереси може да доведе до катастрофален спад в популацията, но еволюцията пое по по-разумния път - по пътя на сътрудничеството. При моногамните двойки мъжките продължават да се изразяват в цялата си слава, а женските отговарят на това с оптимален принос към потомството.

Любопитно е, че светът на дивите животни не е обременен с морални принципи, закони и норми, а всички действия се определят от еволюцията, генетиката и жаждата за размножаване.

Може би за романтиците подобно научно обяснение на крилатата любов ще изглежда твърде прозаично, но учените смятат друго. В края на краищата, какво по-красиво от това да се развива по такъв начин, че да има баланс и истинско партньорство между жената и мъжа, като се вземат предвид интересите и на двете страни и е насочено към благото на бъдещите поколения.

Петък извън топ:

Въпреки че тези птици нямат най-красивото име (Grebes), техният танц за събиране е просто красив.

Off-top 2.0:

Райските птици са отличен пример (буквално) за разнообразието от сигнали, които мъжките изпращат на женските през сезона на гнездене (BBC Earth, глас зад кадър от Дейвид Атънбъроу).

Благодаря за гледането, бъдете любопитни и пожелавам страхотен уикенд на всички! 🙂

Благодарим ви, че останахте с нас. Харесвате ли нашите статии? Искате ли да видите още интересно съдържание? Подкрепете ни, като направите поръчка или препоръчате на приятели, 30% отстъпка за потребителите на Habr за уникален аналог на сървъри от начално ниво, който беше измислен от нас за вас: Цялата истина за VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 ядра) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как да споделите сървър? (предлага се с RAID1 и RAID10, до 24 ядра и до 40GB DDR4).

Dell R730xd 2 пъти по-евтин? Само тук 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV от $199 в Холандия! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - от $99! Прочети за Как да изградим инфраструктура Corp. клас с използване на сървъри Dell R730xd E5-2650 v4 на стойност 9000 евро за стотинка?

Източник: www.habr.com