Forholdet mellem partnere, præget af omsorg, opmærksomhed og empati, kalder digterne kærlighed, mens biologerne omtaler det som den interseksuelle relation, der er målrettet mod overlevelse og arternes fortsatte eksistens. Nogle arter foretrækker at forøge deres antal — at reproducere sig med så mange partnere som muligt for at øge afkommet, hvilket dermed øger chancerne for arternes overlevelse. Andre danner monogame par, som kun kan ophøre med at eksistere efter den ene partners død. I mange år har forskere mener, at den første variant er betydeligt mere fordelagtig, men det er ikke helt korrekt. Monogame par opdrager typisk deres afkom sammen, dvs. de beskytter det mod rovdyr, skaffer føde og lærer det bestemte færdigheder, mens i polygame forhold falder det ofte på de skrøbelige skuldre hos hunnerne. Selvfølgelig er der undtagelser, men det er ikke emnet i dag. Biologer har i lang tid været interesseret i et andet interessant aspekt — hannerne fortsætter med at vise opmærksomhed over for hunnerne, selv når deres par allerede er dannet og har eksisteret i flere år. Hvad forklarer denne adfærd, hvad er fordelene ved det, og hvilke evolutionære aspekter er relateret til det? Vi vil finde svarene på disse spørgsmål i forskergruppens rapport. Lad os komme i gang.
Basis for undersøgelsen
I betragtning af forskningens emne vil vi ikke fokusere på polygame fuglearter, men i stedet rette opmærksomheden mod de fjerede romantikere, der forelsker sig én gang for alle.
Når vi taler om monogami, skal det bemærkes, at der findes flere typer afhængigt af varigheden: én sæson, flere år og for livet.
Blandt fuglene er sæsonmonogami den mest almindelige. Et klart eksempel kan være vilde gæs. Hunnerne deltager i redearbejdet og rugning af æggene, mens hannerne beskytter territoriet. To dage efter klækningen drager familien til den nærmeste vandkilde, hvor gæssene lærer at finde deres egen føde. I tilfælde af fare på vandet beskytter hunnen ivrigt ungerne, mens hanen, der tilsyneladende husker vigtige opgaver, som regel redder sig selv ved at flygte. Ikke de mest ideelle forhold, uanset hvordan man ser på det.
Familien af vilde gæs.
Når det kommer til forhold, der er præget af vedholdenhed, er storke de bedste. De danner et monogamt par for livet og ændrer endda ikke deres boliger uden særlig grund. Et storke rede, der kan veje op til 250 kg og nå en diameter på 1,5 m, tjener dem i mange år, hvis naturkatastrofer eller menneskelig indgriben ikke ødelægger det. I Tjekkiet er der et rede, der blev bygget allerede i 1864.
Storkenes byggekompetencer kræver ingen vurdering, når man ser sådanne konstruktioner.
I modsætning til vilde gæs hersker der lighed i opgaverne hos storkene: begge partnere ruger på æggene, søger føde, lærer afkommet at flyve og beskytter det mod farer. Ritualer spiller en vigtig rolle i storkenes forhold: sang, danse osv. Det mest interessante er, at disse ritualer ikke kun udføres i parringsperioden (ved den første date), men også gennem hele deres liv sammen (selv når hannen skifter hun under rugningen, udfører han en lille danse). For os virker det meget sødt, romantisk og fuldstændig ulogisk, da der fra et biologisk synspunkt ikke er nogen fordel ved denne adfærd. Er det ikke? Og her kan vi elegant overgå til undersøgelsen, der skulle besvare dette spørgsmål.
Etologer* mener, at hanernes vedholdende udtryk for følelser er relateret til opretholdelsen af hunnernes reproduktive tilstand.
Etologi* er videnskaben, der studerer genetisk bestemt adfærd, dvs. instinkter.
Samtidig er det fortsat uklart, hvorfor sådan adfærd varer ikke kun i perioden med den første parring, men hele livet, da det ville være mere logisk for hannerne at investere mere tid og energi i afkommet snarere end at demonstrere følelser for hunnen. Hidtil har mange forskere anset intensiteten af kærlighedsudtryk over for hunnen for at påvirke kvaliteten af parringen og dermed afkommet (dvs. antallet af lagte æg).
Hannen af en af arterne af paradisfugle danser foran hunnen. Som vi kan se, ser hannen meget mere farverig ud end hunnen.
Denne teori understøttes af observationer. Hunnen, hvis partner er en uskreven skønhed og den første flyver i landsbyen, lægger flere kræfter i afkommet end hvis hannen er hverken fisk eller kød. Det lyder sjovt og komisk, men de ritualer, som hannerne udfører over for hunnerne, har til formål at demonstrere ikke kun skønhed, men også styrke. sådan er det, at den farverige fjerdragt, den smukke sang og andre former for opmærksomhed fra hannerne kun er kognitive signaler for hunnerne, som hun dekoder til information om hannen.
Forskere fra universiteterne i Nordcarolina og Chicago, hvis arbejde vi ser på i dag, mener, at denne adfærd hos hannerne har til formål at optimere hunnernes adfærd i forhold til opdræt af afkom.
Modellen foreslået af forskerne er baseret på talrige eksperimenter, som har vist, at forstærkningen af disse signaler fra hannerne øger hunnernes bidrag til reproduktionsprocessen. Der er en hypotese om, at kilden til sådanne stimulerende effekter er perceptuelle svar, der opstår på grund af egenskaberne ved det omkringliggende miljø, signaler og nervesystemet i sig selv. Indtil videre kender man omtrent 100 eksempler på sådanne "afvigelser" fra de normale sensoriske systemer (hukommelse, syn og lugt).
Når hannen gang på gang viser sine fordele frem for andre hanner, kan det have en positiv indvirkning på selve hannen (hunnen vil helt sikkert vælge ham). Men for hunnen kan dette være en ulempe, da det vil mindske hendes fremtidige reproduktive potentiale. Med andre ord har vi en situation med "at overgå forventningerne". Hannen, der er betydeligt bedre end de andre hanner og konstant viser tegn på interesse for hunnen, vil opnå det ønskede - parring og fortsættelse af sin art. Hunnen, der forventer lignende adfærd fra de andre hanner, men ikke modtager det, kan ende i en elendig situation. En sådan situation kaldes af forskerne en interkøns konflikt: hannerne viser sig smukke bliver flere i populationen, mens modstanden mod denne taktik vokser blandt hunnerne.
Denne konflikt er blevet modelleret ved hjælp af en beregningsmetode (neurale netværk). I de opnåede modeller bruger signalgiver (signalets kilde – hanen) det perceptive modtagersystem (signalmodtageren – hunnen), hvilket fremmer signalerne på bekostning af perceptionen. På et bestemt tidspunkt vil der opstå en ændring i hunnernes signalopfattelse (en slags mutation), hvilket betyder, at kilden signalernes styrke (hanens) vil falde betydeligt. En gradvis stigning i sådanne ændringer vil føre til, at en bestemt type signal bliver helt ineffektiv. I takt med disse ændringer forsvinder nogle signaler og mister deres styrke, mens nye opstår, og processen begynder forfra.
Dette ret komplekse system er faktisk ret enkelt i praksis. Forestil dig, at en han med en lys fjer (kun én enkelt) dukker op, han skiller sig ud blandt de andre, og hunnerne foretrækker netop ham. Så dukker der en han op med to lyse fjer, så med tre osv. Men styrken af et sådant signal, i takt med dets stigning og udbredelse, begynder proportionelt at falde. Og pludselig dukker der en han op, der kan synge smukt og bygge reder. Som følge heraf bliver det flotte fjerdragt som signal ineffektivt og begynder at degenerere.
Men der er altid undtagelser fra reglerne - nogle interkøns konflikter kan udvikle sig til et fuldgyldigt og meget effektivt interkøns samarbejde.
Skemaet for opståen af interkøns konflikter og interkøns samarbejde.
Essensen er, at en han med et mere udtalt signal tvinger hunnen til at lægge ikke tre, men fire æg. For hannen er det godt - han vil have flere afkom med sit genmateriale. For hunnen er det ikke så godt, fordi hun skal bruge mere energi på, at hele afkommet overlever og når en selvstændig alder. Derfor begynder hunnerne at udvikle sig parallelt med hannerne for at være mere modstandsdygtige over for deres signaler. Som følge heraf kan der være to veje: konflikt eller samarbejde.
Når der er samarbejde, udvikler hunnerne sig til at lægge 3 æg, ligesom før det stærkere signal fra hannerne opstod, men de fortsætter med at reagere på disse signaler. Her har du kvinderne, der er listige i naturens verden. Dermed dannes der ikke blot et par, men et par, der støtter hinanden på det optimale niveau for at videreføre arten med hensyn til signal-respons interaktion.
Hannerne kan derimod ikke evolvere tilbage, groft sagt. Deres forstærkede signaler til hunnerne resulterer i en ægklækning på tre æg, altså ikke hvad man forventede. Men at nedbringe signalet til det tidligere niveau vil også være ineffektivt, da det vil føre til et fald i antallet af æg til to. Det viser sig som en ond cirkel — hannerne kan ikke mindske signalstyrken og kan ikke øge den, da hunnerne i det første tilfælde vil give færre afkom, og i det andet ikke vil reagere.
Naturligvis har hverken hannerne eller hunnerne noget ondt i sinde eller ønske om at underkaste hinanden. Hele denne proces foregår på genetisk niveau og er udelukkende rettet mod velfærden for afkommet af det enkelte par og arten som helhed.
Resultaterne af undersøgelsen
Ved at bruge matematisk modellering har forskerne vurderet de betingelser, under hvilke der kan opstå tværkøns samarbejde. Den kvantitative karakteristik med gennemsnitværdi zf beskriver hunnerens grundlæggende bidrag til hendes afkom. I starten får gennemsnitsværdien lov til at udvikle sig til sin optimale værdi zopt, som afhænger af to variable: fordelene ved bidraget (antal overlevende afkom) og omkostningerne ved bidraget for hunnerne (cf). Den sidste variabel vurderes efter reproduktion, idet man antager, at en del hunner overlever og kan producere afkom igen næste år, hvilket fører til en stigning i antallet af generationer.
I denne undersøgelse vil der ofte blive anvendt flere termer, som det er værd at forklare lidt:
- signal — en manifestation af opmærksomhed fra hannerne rettet mod partnerne-hunnerne (syngning, dans og andre ritualer), der finder sted i dannede par;
- bidrag / investering — hunnernes reaktion på disse signaler, som manifesterer sig i form af et større antal æg i klækket, større tid til pleje af det fremtidige afkom osv.;
- respondent — hun, der reagerer på hanens signaler;
- omkostninger — omkostningerne ved hunnernes bidrag til afkommet (tid i reden, tid brugt på at finde føde, helbredstilstand som følge af flere/færre æg i reden osv.).
Nye signaler fra hannerne og reaktioner fra hunnerne på disse blev modelleret ved hjælp af frit rekombinerende diallelle en-lokus modificatorer, hvilket kombinerer kvantitativ og populationsgenetiske tilgange. I lokus*, som kontrollerer hunnenes respons (A), observeres der først en høj frekvens af allelen-responder* (A2), der svarer til den tidligere eksisterende perceptuelle opfattelse
Locus* — placeringen af et bestemt gen på kromosomets genetiske kort.
Alleler* — forskellige former for det samme gen, der er placeret i de samme lokusser på homologe kromosomer. Alleler bestemmer udviklingen af en bestemt egenskab.
Responder-gen* (Rsp) — et gen, der funktionelt er relateret til faktoren for segregationsforstyrrelse (gen SD), hvis aktive allel (Rsp+) kan undertrykke ekspressionen af SD.
Signallocus (B) er oprindeligt fastsat for allelen uden signal (B1). Derefter introduceres allelen B2, som fremkalder signaler fra hannerne.
Fremkomsten af signaler for hannerne har også sin pris (sm), men øger hunpartnerens bidrag (A2) med α. For eksempel kan α udtrykkes som et ekstra æg i reden. Samtidig kan stigningen i hunens bidrag også manifestere sig i de positive effekter, hun har på sit afkom.
Derfor har et par, hvor hanen bærer signalallelen, og hunnen bærer responderallelen (dvs. par A2B2), et ekstra bidrag fra hunnen og derfor en højere frugtbarhed end de andre 3 kombinationer.
Varianter af kombinationer af hanner og hunner i forholdet mellem signaler og reaktioner på dem.
Antallet af afkom, der overlever til reproduktion næste år, påvirkes af tæthetsafhængighed* inden for kuldet og tæthetsafhængighed af kuldet efter fældning.
Tæthetsafhængighed* — tæthetsafhængige processer opstår, når vækstraterne for populationen reguleres af tætheden af denne population.
En anden gruppe variable er relateret til dødeligheden af hunnerne og hannerne efter fødslen af afkommet. Disse variable bestemmes af bidraget til kuldet (cm — hanernes bidrag, cf — hunnernes bidrag), omkostningerne til signaler for hanerne (sm) og ikke-selektiv dødelighed (dm — hannerne og df — hunnerne).
Enker, enkemænd, mindreårige og enhver tidligere enlige individ samles for at danne nye par, og den årlige cyklus afsluttes. I den undersøgte model fokuseres der på genetisk monogami, derfor udelukkes alle former for seksuel selektion (dvs. konkurrence mellem individer om partnere) fra beregningerne.
Sammenhængen mellem evolutionen af signaler, respondenter og bidrag.
Modelleringen viste, at en stabil balance opnås, når hanerne giver signaler, og hunnerne reagerer på dem. I ligevægt genoprettes hele bidraget til afkommet til det niveau, der var før de ekstra signaler fra hanerne kom.
På grafen A ovenfor vises et eksempel på evolutionær dynamik, hvor hunnernes bidrag til afkommet vender tilbage til et optimalt niveau, hvilket er resultatet af evolutionen af den kvantitative egenskab af bidraget (den stiplede grønne linje er det faktiske bidrag, mens den solide grønne linje er det bidrag, der ikke blev realiseret på grund af manglende svar fra hunnerne på de ekstra signaler fra hanerne). På grafen I vises et alternativt eksempel, når interkøns konflikt fører til tab af respondenten.
Og på grafen Med fremhæves to parametre, der påvirker dette resultat: stigningen i bidraget på grund af ekstra signaler (α), og hunnernes omkostninger ved dette bidrag (cf). I det røde område på grafen stiger signalerne aldrig, da deres omkostninger vil overstige fordelene. I de gule og sorte områder stiger frekvensen af signalerne, hvilket fører til stigende omkostningsinvesteringer fra hunnernes side. I det gule område reageres der ved at reducere den kvantitative investeringskarakteristik, hvilket medfører en konstant fiksering af alleler som signaler og respondenter. I det sorte område, hvor de reagerende hunner har større inducerede investeringer, mister den reagerende allel hurtigt sin værdi, efterfulgt af signalerne, som i de traditionelle modeller for interkøns konflikt (grafen I).
Den vertikale grænse mellem det røde og gule område repræsenterer det punkt, hvor hannerne opnår et ekstra bidrag til afkommet, fordi hunnerne afbalancerer omkostningerne ved at udvise signaler. Den horisontale grænse, der adskiller det gule og sorte område fra det røde, opstår på lignende vis, men af en mindre åbenlys årsag. Når hunnernes omkostninger ved bidraget er lave,cfvil det optimale bidragsværdi være relativt høj, og derfor vil hunnernes bidrag være betydeligt større under de indledende forhold. Konsekvensen heraf er, at signalerne giver hannerne en proportionelt mindre fordel ved det bidrag, de forårsager, som igen kompenseres af deres omkostninger.zoptParameterområdet, hvor signaler og svar er faste (gult), varierer afhængigt af styrken af selektionen og den genetiske dispersion af respondentens allele. For eksempel, når den oprindelige frekvens af respondentens allele er 0,9 i stedet for 0,99, som vist i billede nr. 2, fører indførelsen af signaler til en mere effektiv selektion i forhold til respondenterne (den oprindelige genetiske dispersion er højere), og det sorte område udvides til venstre.
Hannerne kan optræde med signaler, selv hvis de er forbundet med omkostninger, der reducerer hannerens bidrag til det aktuelle kuld (parametriseret
sfec ), hvilket direkte påvirkerfitness* for både hannen og hunnen, uden at reducere chancen for hannen for at overleve. Fitness*
er evnen til at reproducere individer med en bestemt genotype. Forholdet mellem omkostninger til frugtbarhed og signaler (til venstre) samt forholdet mellem omkostninger til overlevelse og signaler.
I forhold til frugtbarhed, når hannerens signaler er faste (det gule område), bidrager alle hanner mindre til afkommet end før de udviste signaler. I sådanne tilfælde vil hunnernes bidrag være større, end det var før hannerne udviste deres signaler.
Når det gælder frugtbarhed, når hannens signaler er fastlagt (det gule område), bidrager alle hanner mindre til afkommet end før signalerne blev vist. I dette tilfælde vil hunnernes bidrag være større end det var før visningen af hannes signaler.
Større bidrag fra hunner, når haners omkostninger reguleres af frugtbarhed (og ikke overlevelse), øger gennemsnittet af afkom pr. par, men dette kompenserer ikke fuldt ud. Over tid fører et større bidrag fra hunnerne til en stigning i gennemsnittet af afkom, der når fjerdragt, men nedsætter gennemsnittet af huners overlevelsesrate. Dette resulterer i dannelsen af en ny balance mellem disse to kræfter, hvor gennemsnittet af afkom er lavere end i tilfælde af normal overlevelse eller i de oprindelige forhold (før signaler viser sig).
Fra en matematisk synsvinkel ser det således ud: hvis hanernes signaler øger frugtbarheden med 1% (men ikke øger overlevelsen), stiger hunnerne omkostninger til afkom med 1,3%, mens deres dødelighed også stiger med 0,5%, og afkommet pr. par falder med 0,16%.
Hvis det gennemsnitlige bidrag fra hunnerne derimod oprindeligt er lavere end det optimale niveau (f.eks. på grund af miljøets indflydelse), så opstår der et balanceret system ved stimuli for at øge omkostningerne, dvs. interkønnet samarbejde. I en sådan situation øger haners signaler ikke kun hunnernes bidrag til afkom, men også deres tilpasningsevne.
Sådan adfærd blandt hanner og hunner opstår oftest på grund af eksterne ændringer (klima, levesteder, adgang til føde osv.). Af denne grund antyder forskere, at dannelsen af monogami hos nogle moderne arter, mens deres forfædre var polygame, skyldes migration og dermed ændring af det omkringliggende miljø.
For mere detaljeret information om nuancerne i undersøgelsen anbefaler jeg at kigge i og til det.
Epilog
Denne undersøgelse har vist sammenhængen mellem polygami og monogami set fra et evolutionært perspektiv. I fugleriget forsøger hannerne altid at overgå hinanden for at få hunnernes opmærksomhed: med farverigt fjerdragt, smukke danse eller endda demonstration af deres byggerevner. Denne adfærd skyldes konkurrencen blandt hannerne, som oftest er typisk for polygame arter. Fra hunnernes synspunkt giver alle disse signaler dem mulighed for at vurdere hanens kvaliteter, som deres fælles afkom vil arve. Men med tiden er hannerne begyndt at udvikle sig, så deres signaler bliver mere iøjnefaldende end konkurrenternes. Hunnerne har derimod udviklet sig for at modvirke sådanne signaler. Der skal trods alt være en balance. Hvis omkostningerne for hunnerne ved afkommet er uforholdsmæssigt høje i forhold til fordelene, giver det ikke mening at øge omkostningerne. Det er bedre at lægge tre æg og overleve i processen med at ruge og opdrage afkommet end at lægge fem og dø, mens man forsøger at beskytte dem.
Sådan en interkønslig interessekonflikt kunne føre til et katastrofalt fald i bestanden, men evolutionen har taget en mere fornuftig vej — en vej mod samarbejde. I monogame par fortsætter hannerne med at fremvise sig selv i al sin pragt, mens hunnerne svarer med en optimal investering i afkommet.
Det er interessant, at verden af vilde dyr ikke er belastet af moralske principper, love og normer, men at alle handlinger er betinget af evolution, genetik og ønsket om at føre slægten videre.
Måske virker denne videnskabelige forklaring på den bevingede kærlighed for romantikere alt for prosaisk, men forskerne mener anderledes. Hvad kan være mere vidunderligt end at evolvere på en måde, så der er balance og ægte partnerskab mellem hunnen og hanen, der tager hensyn til begge parters interesser og er rettet mod fremtidige generationers velbefindende.
Fredags off-topic:
Selvom navnet på disse fugle ikke er det mest smukke ("skarnbasser"), er deres genforeningsdans simpelthen fantastisk.
Off-topic 2.0:
Paradisfugle er et klart (bogstaveligt) eksempel på, hvilket mangfoldighed af signaler hannerne sender til hunnerne i ynglesæsonen (BBC Earth, voice-over — David Attenborough).
Tak for opmærksomheden, forbliv nysgerrige, og hav en fantastisk weekend, folkens! 🙂
Tak fordi du bliver hos os. Kan du lide vores artikler? Ønsker du at se flere interessante materialer? Støt os ved at bestille eller anbefale os til dine bekendte, 30% rabat til brugere af Habr på en unik entry-level server, som vi har opfundet til dig: (tilgængelige muligheder med RAID1 og RAID10, op til 24 kerner og op til 40 GB DDR4).
Dell R730xd er 2 gange billigere? Kun hos os i Holland! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2GHz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - fra 99 $! Læs om hvordan
Kilde: habr.com
