Las relaciones entre parejas, llenas de cuidado, gestos de atención y empatía, son denominadas amor por los poetas, mientras que los biólogos las ven como una interacción sexual destinada a la supervivencia y la continuación de la especie. Algunas especies prefieren reproducirse con la mayor cantidad posible de parejas para aumentar su descendencia, lo que incrementa las probabilidades de supervivencia de toda la especie. Otras crean parejas monógamas, que solo pueden disolverse con la muerte de uno de los miembros. Durante muchos años, los científicos creyeron que la primera opción era significativamente más beneficiosa, pero no es del todo cierto. Las parejas monógamas, por lo general, crían a su descendencia en conjunto, es decir, las protegen de los depredadores, buscan alimento y les enseñan habilidades específicas, mientras que en las relaciones poligámicas, esto recae en las frágiles espaldas de las hembras. Claro que hay excepciones, pero hoy no se trata de eso. A los biólogos les ha interesado durante mucho tiempo otro aspecto curioso: los machos continúan mostrando gestos de atención hacia las hembras, incluso cuando su pareja ya se ha formado y ha existido durante varios años. ¿Qué condiciona este comportamiento, qué beneficios trae y qué aspectos evolutivos están relacionados? En este informe del grupo de investigación encontraremos respuestas a estas preguntas. Vamos allá.
Base de la investigación
Dada la temática de la investigación, no nos centraremos en las especies de aves poligámicas, sino en los románticos emplumados que se enamoran una vez y para siempre.
Al hablar de la monogamia, cabe destacar que existen varios tipos dependiendo de su duración: una temporada, varios años o toda la vida.
Entre las aves, la monogamia estacional es la más común. Un ejemplo claro son los gansos salvajes. Las hembras se encargan del nido y la incubación de los huevos, mientras que el macho se ocupa de la defensa del territorio. Al segundo día después de la eclosión, la familia se dirige al cuerpo de agua más cercano, donde los gansitos aprenden a buscar su alimento. En caso de peligro en el agua, la hembra defiende ferozmente a la descendencia, mientras que el macho, recordando sobre sus asuntos importantes, suele escapar. No son las relaciones más ideales, dicho sea de paso.
Familia de gansos salvajes.
Si hablamos de relaciones basadas en la constancia, las cigüeñas son las mejores en este aspecto. Forman una pareja monógama para toda la vida y ni siquiera cambian de lugar de residencia sin una necesidad especial. Un nido de cigüeñas, que puede pesar hasta 250 kg y alcanzar 1.5 m de diámetro, les sirve durante muchos años, a menos que un cataclismo natural o la intervención humana lo destruyan. En Chequia, hay un nido que fue construido en 1864.
Las habilidades constructivas de las cigüeñas no necesitan ser evaluadas cuando se ven tales edificaciones.
A diferencia de los gansos salvajes, en las cigüeñas reina la igualdad de deberes: ambos miembros de la pareja incuban los huevos, buscan comida, enseñan a su descendencia a volar y la protegen de los peligros. Un papel importante en las relaciones de las cigüeñas lo juegan diversos rituales: canto, bailes, etc. Lo más curioso es que estos rituales se llevan a cabo no solo durante la formación de la pareja (en la primera cita), sino a lo largo de toda su vida juntos (incluso al cambiar a la hembra durante la incubación, el macho realiza un pequeño baile). Para nosotros, esto parece muy tierno, romántico y absolutamente ilógico, ya que desde el punto de vista biológico este comportamiento no tiene ningún beneficio. ¿No es así? Y aquí se puede pasar suavemente a considerar el estudio que debería responder a esta pregunta.
Etólogos* sostienen que la constante manifestación de los machos de sus sentimientos está relacionada con el mantenimiento del estado reproductivo en las hembras.
Etología* es la ciencia que estudia el comportamiento genéticamente determinado, es decir, instintos.
Al mismo tiempo, sigue siendo incierto por qué este comportamiento dura no solo durante el período de emparejamiento inicial, sino toda la vida, ya que lo lógico para los machos sería invertir más esfuerzo y energía en la descendencia, no en demostrar sentimientos a la hembra. Hasta hoy, muchos investigadores han considerado que la intensidad de la expresión de afecto hacia la hembra influye directamente en la calidad del apareamiento y, por ende, en la descendencia (es decir, en el número de huevos puestos).
El macho de una de las especies de aves del paraíso danza frente a la hembra. Como podemos ver, el macho luce mucho más brillante que la hembra.
Esta teoría se confirma con observaciones. La hembra, cuyo compañero es un galán no tan escrito y el primer volador del pueblo, pone más esfuerzo en su descendencia que si el macho fuera mediocre. Suena divertido y gracioso, pero los rituales que realizan los machos frente a las hembras están dirigidos a demostrar no solo belleza, sino también fuerza. Así ha sucedido que el plumaje brillante, el canto hermoso y otras manifestaciones de atención por parte de los machos son para las hembras solo señales cognitivas que ella decodifica como información sobre el macho.
Los científicos de las universidades de Carolina del Norte y Chicago, cuyo trabajo estamos considerando hoy, creen que este comportamiento de los machos está destinado a optimizar la conducta de las hembras en relación con el proceso de cría.
El modelo propuesto por los científicos se basa en numerosos experimentos que han demostrado que el fortalecimiento de estas señales por parte de los machos aumenta la contribución de las hembras al proceso de reproducción. Se plantea la hipótesis de que la fuente de estos efectos estimulantes son las respuestas perceptivas que surgen debido a las propiedades del entorno, las señales y, en general, del sistema nervioso. Hasta el momento, se conocen alrededor de 100 ejemplos de tales "desviaciones" de los sistemas sensoriales normales (audición, visión y olfato).
Cuando un macho exhibe sus ventajas sobre otros machos, esto puede influir positivamente en él mismo (la hembra seguramente lo elegirá). Pero para la hembra esto puede ser un inconveniente, ya que disminuirá su futura realización reproductiva. En otras palabras, tenemos una situación de "superar expectativas". Un macho que es significativamente mejor que otros machos y muestra constantemente signos de interés hacia la hembra obtendrá lo que desea: aparearse y continuar su linaje. La hembra, que espera un comportamiento similar de otros machos pero no lo recibe, puede encontrarse en una situación lamentable. Este caso es llamado por los científicos como un conflicto intersexual: la exhibición de los machos como hermosos aumenta entre la población, mientras que entre las hembras crece la resistencia a esta táctica.
Este conflicto fue modelado utilizando un enfoque computacional (redes neuronales). En los modelos obtenidos, el señalador (fuente de la señal - macho) utiliza la percepción del receptor (receptor de la señal - hembra), que estimula las propias señales a expensas de la percepción. En un momento dado, hay un cambio en la percepción de las señales en la población de hembras (una especie de mutación), lo que hará que la fuerza de las señales de la fuente (macho) disminuya significativamente. El aumento gradual de tales cambios llevará a que cierto tipo de señal se vuelva completamente ineficaz. A medida que estos cambios ocurren, algunas señales desaparecen, perdiendo su fuerza, pero surgen nuevas, y el proceso comienza de nuevo.
Este sistema, aunque complicado, es bastante simple en la práctica. Imagina que aparece un macho con una pluma brillante (una sola), se destaca entre los demás, y las hembras le dan preferencia exactamente a él. Luego aparece un macho con dos plumas brillantes, después con tres, y así sucesivamente. Pero la fuerza de dicha señal, debido a su aumento y difusión, comienza a caer proporcionalmente. Y de repente aparece un macho que sabe cantar hermosamente y construir nidos. Como resultado, la hermosa plumaje como señal deja de ser efectivo y comienza a degenerarse.
Sin embargo, siempre hay excepciones a las reglas: algunos conflictos intersexuales pueden convertirse en una colaboración intersexual completa y bastante efectiva.
Esquema de aparición del conflicto intersexual y la colaboración intersexual.
La esencia es que un macho con una señal más evidente obliga a la hembra a poner no tres huevos, sino cuatro. Para el macho, esto es bueno, ya que tendrá más descendencia con su acervo genético. Para la hembra, no tanto, ya que tendrá que gastar más energía para que toda la descendencia sobreviva y alcance la edad adulta. Por lo tanto, las hembras comienzan a desarrollarse paralelamente a los machos, para ser más resistentes a sus señales. Como resultado, pueden surgir dos caminos: conflicto o colaboración.
En caso de cooperación, las hembras evolucionan de tal manera que ponen 3 huevos, como sucedía antes de la aparición de señales más fuertes por parte de los machos, pero continúan respondiendo a estas señales. Ahí tienes los trucos femeninos en el mundo de la naturaleza. Así, no solo se forma una pareja, sino una pareja que se apoya mutuamente en un nivel óptimo para la continuidad de la especie en términos de interacción señal-respuesta.
Los machos, por otra parte, no pueden evolucionar de regreso, por decirlo de forma simple. Sus señales fortalecidas hacia las hembras dan como resultado una puesta de tres huevos, es decir, no lo que se esperaba. Sin embargo, reducir la señal a su nivel anterior tampoco sería efectivo, ya que conduciría a una disminución en el número de huevos en la puesta a dos. Se forma un ciclo vicioso: los machos no pueden disminuir la fuerza de la señal y no pueden aumentarla, ya que en el primer caso las hembras tendrían menos descendencia, y en el segundo, no responderían.
Naturalmente, ni los machos ni las hembras tienen ninguna mala intención o deseo de dominarse mutuamente. Todo este proceso ocurre a nivel genético y está dirigido exclusivamente al bienestar de la descendencia de una pareja en particular y al bienestar de la especie en general.
Resultados de la investigación
Utilizando modelado matemático, los científicos evaluaron las condiciones bajo las cuales puede surgir la cooperación entre sexos. La característica cuantitativa con un valor medio zf describe la contribución principal de la hembra a su descendencia. Inicialmente, se permite que el valor medio se desarrolle hasta su valor óptimo zopt, que depende de dos variables: el beneficio de la contribución (número de descendientes sobrevivientes) y el costo de la contribución para las hembras (cf). Esta última variable se evalúa después de la reproducción, lo que implica que parte de las hembras sobrevive y puede reproducirse nuevamente el año siguiente, lo que lleva a un aumento en el número de generaciones.
En este estudio, se aplicarán con frecuencia varios términos que vale la pena aclarar un poco:
- señales — manifestaciones de atención por parte de los machos hacia las hembras parejas (canto, danzas y otros rituales), que tienen lugar en parejas formadas;
- contribución / inversiones — la respuesta de las hembras a estas señales, que se manifiesta en la mayor cantidad de huevos en la puesta, más tiempo dedicado al cuidado de la futura descendencia, etc.;
- respondedora — la hembra que reacciona a las señales del macho;
- costos — el costo de la inversión de las hembras en la descendencia (tiempo en el nido, tiempo buscando alimento, estado de salud debido a un mayor/menor número de huevos en la puesta, etc.).
Las nuevas señales de los machos y las reacciones de las hembras a ellas fueron modeladas mediante modificadores dialélico de un solo locus de recombinación libre, combinando así los enfoques genéticos cuantitativos y poblacionales. En el locus*, que controla la respuesta de la hembra (A), inicialmente se observa una alta frecuencia del alelo-respondedor* (A2), correspondiente a la percepción perceptual existente anteriormente.
Locus* — la ubicación de un gen específico en el mapa genético del cromosoma.
Alelos* — diferentes formas del mismo gen, situadas en locaciones idénticas en cromosomas homólogos. Los alelos determinan el desarrollo de una característica particular.
Gen-respondedor* (Rsp) — un gen funcionalmente relacionado con el factor de ruptura de segregación (gen SD), cuyo alelo activo (Rsp+) puede suprimir la expresión de SD.
El locus de señal (B) está inicialmente fijado para el alelo sin señal (B1). Luego se introduce el alelo B2, que provoca la aparición de señales de los machos.
La manifestación de señales para los machos también tiene su costo (sm), pero aumenta la contribución de la pareja-hembra (A2) en una cantidad α. Por ejemplo, α puede expresarse como un huevo adicional en la puesta. A su vez, el aumento de la contribución de la hembra puede manifestarse también en los efectos positivos que ella ejerce sobre su descendencia.
Por lo tanto, la pareja en la que el macho lleva el alelo del señalizador y la hembra lleva el alelo del respondedor (es decir, las parejas A2B2), tiene una contribución adicional por parte de la hembra y, por ende, una fecundidad más alta que las otras 3 combinaciones.
Variantes de combinaciones de machos y hembras en relación a las señales y sus respuestas.
El número de descendientes que sobreviven para reproducirse el siguiente año se ve influenciado por dependencia de la densidad* dentro de la puesta y la dependencia de la densidad de la puesta después de la muda.
Dependencia de la densidad* — procesos que dependen de la densidad ocurren cuando las tasas de crecimiento de una población están reguladas por la densidad de dicha población.
Otro grupo de variables está relacionado con la mortalidad de hembras y machos después de la producción de su descendencia. Estas variables son determinadas por la contribución a la puesta (cm — contribución de los machos, cf — contribución de las hembras), costos de señales para los machos (sm) y mortalidad no selectiva (dm — machos y df — hembras).
Las viudas, viudos, menores y cualquier individuo previamente soltero se agrupan para formar nuevas parejas, y el ciclo anual se completa. En el modelo estudiado, se hace hincapié en la monogamia genética, por lo que todos los tipos de selección sexual (es decir, competencia entre individuos por pareja) se excluyen de los cálculos.
La relación entre la evolución de las señales, los respondientes y la contribución.
La modelización mostró que se alcanza un equilibrio sostenible cuando los machos envían señales y las hembras responden a ellas. En el estado de equilibrio, toda la contribución a la descendencia se restablece al nivel que estaba antes de la aparición de señales adicionales de los machos.
En el gráfico A se muestra un ejemplo de dinámica evolutiva, donde la contribución de las hembras a la descendencia regresa a un nivel óptimo, lo que es resultado de la evolución de una característica cuantitativa de la contribución (la línea verde punteada representa la contribución real, mientras que la línea verde continua representa la contribución que no se realizó debido a la falta de respuesta de las hembras a las señales adicionales de los machos). En el gráfico En se presenta un ejemplo alternativo, donde el conflicto entre sexos conduce a la pérdida de respondiente.
Y en el gráfico Con se destacan dos parámetros que afectan este resultado: el aumento de la contribución, causado por señales adicionales (α), y los costos de las hembras por esta contribución (cf). En el área roja del gráfico, las señales nunca aumentan, ya que su costo superaría el beneficio. En las áreas amarilla y negra, la frecuencia de señales aumenta, lo que lleva a un incremento en las inversiones costosas por parte de las hembras. En el área amarilla, la respuesta a esto ocurre mediante la disminución de la característica de inversión cuantitativa, lo que lleva a la fijación constante de alelos como señales y respondientes. En el área negra, donde las hembras respondientes tienen más inversiones inducidas, el alelo respondiente se pierde rápidamente, seguido de las señales, como en los modelos tradicionales de conflicto entre sexos (gráfico En).
El límite vertical entre las áreas roja y amarilla representa el punto en el que los machos obtienen una mayor contribución a la descendencia gracias a que las hembras equilibran los costos de mostrar señales. El límite horizontal que separa las áreas amarilla y negra de la roja surge de manera similar, pero por una razón menos obvia. Cuando los costos de las hembras en la contribución son bajos,cfel valor óptimo de la contribuciónzoptserá relativamente alto, y, por lo tanto, la contribución de las hembras será considerablemente mayor en las condiciones iniciales. Como consecuencia, las señales proporcionan al macho un beneficio proporcionalmente menor de la contribución que él genera, lo que, nuevamente, se compensa con sus costos.
El espacio de parámetros en el que las señales y respuestas están fijas (amarillo) varía según la fuerza de selección y la dispersión genética del alelo respondedor. Por ejemplo, cuando la frecuencia inicial del alelo respondedor es 0.9 en lugar de 0.99, como se muestra en la imagen n.º 2, la introducción de señales conduce a una selección más eficiente con respecto a los respondedores (la dispersión genética inicial es mayor), y el área negra se expande hacia la izquierda.
Las señales del macho pueden aparecer incluso si están asociadas con costos que reducen la contribución del macho a la camada actual (parametrizado sfec), afectando directamente a la aptitud* tanto del macho como de la hembra, sin disminuir la probabilidad de supervivencia del macho.
Aptitud* es la capacidad de reproducción de individuos con un genotipo específico.
La relación entre los costos de fecundidad y señales (izquierda) y la relación entre los costos de viabilidad y señales.
En el aspecto de la fecundidad, cuando las señales del macho están fijas (área amarilla), todos los machos contribuyen menos a la descendencia de lo que lo hacían antes de mostrar señales. En este caso, la contribución de las hembras será mayor que antes de la exhibición de las señales de los machos.
Una mayor contribución de las hembras, cuando los costos de los machos se regulan por la fecundidad (y no por la viabilidad), aumenta el número medio de descendientes por pareja, aunque esto no compensa completamente. Con el tiempo, una mayor contribución de las hembras conduce a un aumento en el número medio de descendientes que alcanzan la pluma, pero disminuye el promedio de viabilidad de las hembras. Esto conduce a la formación de un nuevo equilibrio entre estas dos fuerzas, donde el número medio de descendientes es inferior al de la viabilidad normal o a las condiciones iniciales (antes de que aparezcan las señales).
Desde el punto de vista matemático, esto se ve así: si las señales de los machos aumentan la fecundidad en un 1% (pero no aumentan la viabilidad), entonces los costos de las hembras en descendencia aumentan en un 1.3%, pero su mortalidad también aumenta en un 0.5%, y el número de descendientes por pareja disminuye en un 0.16%.
Si el valor medio de la contribución de las hembras es inicialmente inferior al nivel óptimo (por ejemplo, debido a la influencia del medio ambiente), entonces, al aparecer señales que estimulan el crecimiento de los costos, surge un sistema equilibrado, es decir, cooperación entre los sexos. En esta situación, las señales de los machos no solo aumentan la contribución de las hembras a la descendencia, sino también su adaptabilidad.
Comportamientos similares de machos y hembras suelen surgir debido a cambios externos (clima, hábitat, cantidad de alimento disponible, etc.). Debido a esto, los científicos sugieren que la formación de la monogamia en algunas especies modernas, mientras que sus antepasados eran polígamos, se debe a la migración y, en consecuencia, al cambio del entorno.
Para un conocimiento más detallado de las sutilezas de la investigación, recomiendo echar un vistazo a y a ello.
Epílogo
Este estudio ha demostrado la relación entre la poligamia y la monogamia desde una perspectiva evolutiva. En el reino de las aves, los machos siempre han intentado superarse unos a otros para atraer la atención de las hembras: a través de plumajes coloridos, danzas vistosas o incluso demostrando sus habilidades constructivas. Este comportamiento se debe a la competencia entre los machos, lo que es típico de las especies poligámicas. Desde la perspectiva de las hembras, todas estas señales les permiten evaluar las cualidades del macho, que serán heredadas por su descendencia. Sin embargo, con el tiempo, los machos empezaron a evolucionar de tal manera que sus señales fueran más llamativas que las de sus competidores. A su vez, las hembras también evolucionaron para contrarrestar dichas señales. Siempre debe haber un equilibrio. Si los costos de las hembras en la descendencia no son proporcionales a los beneficios, no tiene sentido aumentar esos costos. Es mejor poner tres huevos y sobrevivir en el proceso de incubación y crianza de la descendencia que poner cinco y morir tratando de protegerlos.
Este conflicto de intereses entre los sexos podría haber llevado a un colapso catastrófico de la población, pero la evolución tomó un camino más sensato: el camino de la cooperación. En las parejas monógamas, los machos siguen mostrando su esplendor, y las hembras responden con una contribución óptima a la descendencia.
Es curioso que el mundo de los animales salvajes no esté apresado por principios morales, leyes y normas, sino que todas las acciones están determinadas por la evolución, la genética y el deseo de perpetuar la especie.
Quizás para los románticos, esta explicación científica del amor alado parezca demasiado prosaica, pero los científicos piensan de manera diferente. ¿Qué podría ser más hermoso que evolucionar de tal manera que haya un equilibrio y una verdadera asociación entre la hembra y el macho, considerando los intereses de ambas partes y orientándose al bien de las futuras generaciones?
Off-topic del viernes:
A pesar de que el nombre de estas aves no es el más atractivo ('pájaros sucios'), su danza de reunión es simplemente hermosa.
Off-topic 2.0:
Las aves del paraíso son un brillante (literalmente) ejemplo de la diversidad de señales que los machos envían a las hembras durante la época de anidación (BBC Earth, voz en off - David Attenborough).
Gracias por su atención, sigan siendo curiosos y que todos tengan un excelente fin de semana, chicos! 🙂
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Fuente: habr.com
