Armastuse geneetika: sugudevaheline konflikt kui koostöö alus monogaamsete lindude paarides

Partnerite vahelised suhted, mis on täidetud hoolitsuse, tähelepanuga ja empaatia, nimetavad luuletajad armastuseks, bioloogid aga seksuaalseks koostööks, mis on suunatud ellujäämisele ja liigi jätkamiseks. Mõned liigid eelistavad paljunemise kaudu suurendada oma arvu – paljuneda võimalikult paljude partneritega, et suurendada järglaste arvu ning seeläbi tõsta kogu liigi ellujäämise võimalusi. Teised aga loovad monogaamsed paarid, mis võivad lõpetada oma olemasolu vaid ühe partneri surma korral. Aastaid uskusid teadlased, et esimene variant on oluliselt kasulikum, kuid see ei ole päris tõsi. Monogaamsed paarid kasvatavad reeglina järglasi koos, st kaitsevad neid kiskjate eest, toovad toitu ja õpetavad teatud oskusi, samas kui polügaamsetes suhetes jääb see tavaliselt naiste haprales õlgadele. Loomulikult on erandeid, kuid täna ei räägime neist. Biolooge on juba pikka aega huvitanud veel üks huvitav aspekt – isased jätkavad tähelepanu näitamisega emastele, isegi kui nende suhe on juba kujunenud ja kestnud mitu aastat. Millest sõltub selline käitumine, milline on sellest kasu ja millised evolutsioonilised aspektid on sellega seotud? Neile küsimustele leiame vastused uurimisgrupi ettekandes. Alustame.

Uuringu alus

Arvestades uuringu teemat, ei keskendu me polügaamse lisaga lindudele, vaid keskendume kaunitele romantikutele, kes armuvad kord ja igaveseks.

Kuidas monogaamiast rääkida, tasub mainida, et sellel on mitu tüüpi sõltuvalt kestusest: üks hooaeg, mõned aastad ja kogu elu.

Lindude seas on kõige levinum hooajaline monogamia. Selgeks näiteks võivad olla metsikud haned. Emased hoolitsevad pesade ja munade haudumise eest, samas kui isane kaitseb territooriumi. Teisel päeval pärast koorumist suundub pere lähima veehoidla juurde, kus pojad õpivad toitu otsima. Ohtu tunnetades, mis vee peal ähvardab, kaitseb emane peaingel oma järglasi ägedalt, kuid isane, meenutades nähtavasti olulisi asju, põgeneb enamasti. Pole just kõige ideaalsemad suhted, nagu ei ole.

Metsikute hanede perekond.

Kui rääkida suhetest, mille aluseks on püsivus, siis kõrbed on selles osas parimad. Need loovad oma eluajaks monogaamse paari ning ei muuda oma elukohta ilma erilise vajaduseta. Üks kõrbe pesakond, mis võib kaaluda kuni 250 kg ja ulatuda 1.5 m läbimõõduni, teenib neid aastaid, kui looduskatastroofid või inimtegevus seda ei riku. Tšehhis on pesakond, mis loodi juba 1864. aastal.

Kõrbe ehitusoskused ei vaja hindamist, kui näed selliseid ehitisi.

Erinevalt metsikotkadest on kurgede seas võrdse vastutuse printsiip: mõlemad partnerid hauduvad mune, otsivad toitu, õpetavad järeltulevatele põlvkondadele lendamist ja kaitsevad neid ohtude eest. Kurgede suhetes mängivad olulist rolli erinevad rituaalid: laulmine, tantsimine jne. Kõige huvitavam on see, et neid rituaale peetakse mitte ainult paaritumise ajal (esimesel kohtingul), vaid kogu ühise elu jooksul (näiteks munade haudumise ajal teeb isane väikese tantsu, vahetades isegi emast). Meie jaoks näeb see välja väga armas, romantiline ja täiesti loogikavaba, kuna bioloogiliselt ei ole sellisel käitumisel mingit kasu. Nii on? Ja siit saame sujuvalt liikuda uuringu juurde, mis pidi sellele küsimusele vastama.

Etoloogid* usuvad, et isaste pidev tunnete väljendamine on seotud emaste reproduktiivse oleku säilitamisega.

Etoloogia* on teadus, mis uurib geneetiliselt määratud käitumist, s.o. instinkte.

Samas aga jääb ebaselgeks, miks selline käitumine kestab mitte ainult esmasel paaritumisperioodil, vaid kogu elu, kuna isastel oleks mõistlikum suunata rohkem jõudu ja energiat järglastele, mitte emasele tunnetes väljendamisele. Tänaseks on paljud teadlased arvanud, et emasele väljendatud kiindumuse intensiivsus mõjutab otseselt paaritus kvaliteeti ja seega ka järglasi (nt munade arvu).

Ühe liigi paradiisilinnu isane tantsib emase ees. Nagu näeme, on isane palju säravam kui emane.

See teooria saab kinnitust vaatlustest. Emane, kelle partner on nägus ja küla esimene lendaja, investeerib rohkem pingutust järglastesse kui siis, kui isane pole just silmapaistev. See kõlab naljakalt ja lustlikult, kuid rituaalid, mida isased emaste ees ette kannavad, on suunatud mitte ainult ilu, vaid ka jõu demonstreerimisele. Nii ongi, et eredad sulged, kaunis laul ja muud isaste tähelepanu avaldamise viisid on emastele lihtsalt kognitiivsed signaalid, mida nad tõlgendavad isase kohta teabe saamiseks.

Põhja-Carolina ja Chicago ülikoolide teadlased, kelle tööle me täna vaatame, usuvad, et sarnane isaste käitumine on suunatud emaste käitumise optimeerimisele, seoses järglaste kasvatamise protsessiga.

Teadlaste poolt ettepanek tehtud mudel põhineb arvukatel katsetel, mis on näidanud, et isaste signaalide tugevdamine suurendab emaste panust liigi jätkamisse. On oletus, et sarnaste stimuleerivate efektide allikaks on tajureaktsioonid, mis tulenevad keskkonna, signaalide ja närvisüsteemi omadustest. Praeguseks on teada umbes 100 näidet sarnastest "hälvetest" tavalistest sensoorsetest süsteemidest (kuulmine, nägemine ja lõhn).

Kui isane demonstreerib korduvalt oma eeliseid teiste isaste ees, võib see positiivselt mõjutada teda ennast (isane valitakse kindlasti). Kuid emase jaoks võib see olla miinus, kuna see vähendab tulevast reproduktiivset saavutust. Teisisõnu, meil on olukord "üle ootuste". Isane, kes on oluliselt parem kui teised isased ja näitab pidevalt huvi emase vastu, saavutab soovitu — paaritumise ja oma liini jätkamine. Emas, kes ootab teistelt isastelt sarnast käitumist, kuid ei saa seda, võib sattuda halba olukorda. Sarnast juhtumit nimetatakse teadlaste poolt sugudevaheliseks konfliktiks: isaste enesekehtestamine suureneb populatsioonis, samas kui emaste seas kasvab sellele taktikale vastupanu.

See konflikt on modelleeritud arvutusmeetodi (neuraalsete võrkude) abil. Saadud mudelites signaalitaja (signaali allikas — isane) kasutab vastuvõtja persepitiivset tajumist (signaali vastuvõtja — emane), mis stimuleerib ise signaale tajumise kahjuks. Teatud hetkel toimub signaalide tajumise muutus emaste populatsioonis (omaette mutatsioon), mille tõttu allika signaalide (isase) tugevus väheneb. Selliste muutuste järkjärguline suurenemine toob kaasa selle, et teatud tüüpi signaalid muutuvad täiesti ebatõhusaks. Aja jooksul kaovad mõned signaalid, kaotades oma jõu, kuid tekivad uued, ning protsess algab uuesti.

See süsteem on praktikas üsna lihtne. Kujutage ette isast, kellel on üks ere suled (ainult üks), ta paistab teiste seas silma ning emasloomad eelistavad just teda. Siis tuleb isane, kellel on kaks ere sulge, seejärel kolm ja nii edasi. Ent sellise signaali jõud, arvestades selle suurenevat ja laienevat iseloomu, hakkab proportsionaalselt langema. Ja siis ilmub isane, kes oskab ilusasti laulda ja pesi ehitada. Tulemuseks kaotab ilus suleline tõhususe signaalina ja hakkab kaduma.

Kuid alati on reeglitest erandeid — mõned soo vahelised konfliktid võivad muutuda tõeliseks ja väga tõhusaks soo vaheliseks koostööks.

Soo vahelise konflikti ja soo vahelise koostöö teke.

Olemus on see, et isane, kellel on tugevam signaal, sunbib emast munema mitte kolm, vaid neli muna. Isase jaoks on see hea — tal on rohkem järglasi oma geneetilise materjali ningo. Ema jaoks ei ole see kuigi hea, kuna tema peab rohkem vaeva nägema, et kõik järglased ellu jääksid ja iseseisvaks saaksid. Seega, emased hakkavad arenema samal ajal, kui isased, et olla nende signaalidele vastupidavamad. Tulemuseks võivad olla kaks teed: konflikt või koostöö.

Koostöö korral arenevad emased nii, et munetakse kolme muna nagu enne tugevama signaali ilmumist isaste poolt, kuid nad jätkavad nendele signaalidele reageerimist. Siin on naiste nipid looduse maailmas. Nii moodustub mitte lihtsalt paar, vaid paar, kes toetab üksteist optimaalsetes tingimustes, et jätkata liiki suhtluse signaal-vastus tasandil.

Isased ei saa tagasi areneda, öeldes nii. Nende tugevdatud signaalid emastele annavad tulemuseks kolme muna koosneva pesakonna, mis ei ole oodatud. Kuid signaali vähendamine eelmisele tasemele on samuti ebaefektiivne, kuna see vähendab muna arvu pesakonnas kaheni. Tulemuseks on suletud ring — isased ei saa signaali tugevust vähendada ega suurendada, kuna esimesel juhul emased toovad vähem järglasi ja teisel juhul ei reageeri.

Loomulikult ei ole isastel ega emastel mingit paha tahtmist ega soovi teineteist orjastada. Kogu see protsess toimub geneetilisel tasandil ja on suunatud ainult konkreetse paari järelkasvu ja liigi heaolu nimel.

Uuringu tulemused

Matemaatilisi mudeleid kasutades hindasid teadlased tingimusi, mille korral võib tekkida sugudevaheline koostöö. Kvantitatiivne iseloomustus keskmise väärtusega zf kirjeldab emase põhimõttelist panust tema järglastele. Alguses lubatakse keskmisel väärtusel areneda oma optimaalse väärtuseni zopt, mis sõltub kahest muutujast: panuse kasu (ellujäänud järglaste arv) ja emastele tehtud panuse maksumus (cf). Viimane muutuja hinnatakse paljunemise järel, eeldades, et osa emastest jääb ellu ja suudab järgmisel aastal taas järglasi toota, mis viib järglaste arvu kasvu.

Selles uuringus kasutatakse sageli mitmeid termineid, mida tasub veidi selgitada:

• signaalid — märguanded isaste tähelepanust partner-emastele (laul, tantsud ja muud rituaalid), mis on kohal moodustunud paarides;
• panuse / investeeringud — emaste reaktsioonid nendele signaalidele, mis avalduvad suurema munade arvu näol pesas, enam aega järglaste eest hoolitsemiseks jne;
• respondent — emane, kes reageerib isase signaalidele;
• kulu — emaste panuse maksumus järglaste tootmises (aeg pesas, aega toiduotsingutel, tervislik seisund seoses munade arvu suurenemise või vähenemisega jne).

Isaste soost autot ja nende reaktsioonid mudeldati vabalt rekombineerivate dialleelsete ühelokuseliste modifikaatoritega, ühendades seega kvantitatiivsed ja populatsioonigeneetilised lähenemised. V lokusel*, mis kontrollib emase vastust (A), esialgselt täheldatakse kõrget alleeli-respondere* (A2), mis vastab varasematele perceptiivsetele tajumistele.

Locus* — konkreetse geeni asukoht kromosoomi geneetilisel kaardil.

Alleelid* — erinevad sama geeni vormid, mis asuvad homoloogiliste kromosoomide samades lokustes. Alleelid määravad konkreetse tunnuse arengu tee.

Geen-responder* (Rsp) — geen, mis on funktsionaalselt seotud segregatsiooni häirete faktoriga (geen SD), mille aktiivne alleel (Rsp+) suudab summutada SD ekspressiooni.

Signaallocus (B) on algselt fikseeritud signaalita alleeli (B1) jaoks. Seejärel tutvustatakse alleeli B2, mis kutsub esile isaste signaalide ilmumise.

Isaste signaalide ilmumine on samuti kulukas (sm), kuid suurendab emaslooma panust (A2) α suuruse võrra. Näiteks võib α väljenduda täiendava muna kujul pesas. Sel juhul võib emaslooma panuse suurenemine ilmneda ka tema järglastele avaldatud positiivsete efektide kaudu.

Seega on paar, kus isane kannab signaalialleli ja emane kannab vastusealleleli (st paarid A2B2), emase täiendava panuse tõttu ja seega suurema viljakuse tõttu kui teised 3 kombinatsiooni.

Isaste ja emaste kombinatsioonide variandid signaalide ja nendele vastuste suhte osas.

Järglaste arvu, kes ellu jäävad järgmise aasta paljunemiseks, mõjutab tiheduse sõltuvus* pesakonna sees ja pesakonna tiheduse sõltuvus pärast sulandumist.

Tiheduse sõltuvus* — tihedusest sõltuvad protsessid toimuvad, kui populatsiooni kasvukiirus on reguleeritud selle populatsiooni tiheduse poolt.

Veel üks muutuja rühm on seotud emaslooma ja isaslooma surmaga pärast järglaste sünnitamist. Need muutujad määratakse pesakonna panusele (cm — isaste panus, cf — emasloomade panus), isaste signaalide kuludesm) ja selektiivne suremus (dm — isased ja df — emased).

Lesked, leskmehed, alaealised ja kõik varem üksildased isikud liituvad, et moodustada uusi paare, ja aastane tsükkel lõpeb. Uuringus keskendutakse geneetilisele monogaamiale, seetõttu jäetakse välja kõik sugude valiku tüübid (st isikutevaheline konkurents partneri nimel) arvutustest.

Signaalide, reageerijate ja panuse evolutsiooniline seos.

Modelleerimine näitas, et stabiilne tasakaal saavutatakse, kui isased annavad signaale ja emased neile vastavad. Tasakaalu olekus taastatakse kogu panus järglastesse algsesse tasemesse, mis oli enne isaste lisasignaalide ilmumist.

Graafikul A üles on toodud evolutsioonilise dünaamika näide, kus emaste panus järglastesse naaseb optimaalsesse tasemesse, mis on tulemuseks kvantitatiivse panuse evolutsioonile (katkine roheline joon — see on tegelik panus, ja pidev roheline joon — see on panus, mis ei realiseerunud emaste vastuse puudumise tõttu isastele lisasignaalidele). Graafikul V näidatud alternatiivne näide, kus sooline konflikt toob kaasa vastaja kadumise.

Ja graafikul C on esile tõstetud kaks parameetrit, mis mõjutavad sellist tulemust: sisendi suurenemine, mida põhjustavad täiendavad signaalid (α), ja emaste kulutused selle sisendi määramiseks (cf). Graafi punases osas ei suurene signaalid kunagi, kuna nende maksumus ületab kasu. Kollases ja mustas osas signaalide sagedus suureneb, mis toob kaasa emaste kulutuste suurenemise. Kollases osas toimub sellele vastus kvantitatiivse investeeringu näitaja vähendamise kaudu, mis viib alleelide pideva kinnistamiseni nii signaalide kui ka vastajate osas. Mustas osas, kus reageerivatel emastel on rohkem induktsiooniga investeeringuid, kaob vastav alleel kiiresti, järgides signaale, nagu traditsioonilistes sooliste konfliktide mudelites (graafik V).

Punane ja kollane ala vaheline vertikaalne piir tähistab punkti, kus isased saavad oma järeltulijate hulka suurendada, kuna emased tasakaalustavad signaalide väljakuulutamise kulusid. Kollase ja musta ala eraldav horisontaalne piir tekib sarnaselt, kuid vähem ilmse põhjuse tõttu. Kui emaste panuse kulud oncfmadalad, siis optimaalne panuse väärtuszopton suhteliselt kõrge, seega on emaste panus algtingimustes märkimisväärselt suurem. Selle tagajärjeks on see, et signaalid annavad isasele suhteliselt väiksema kasu tema tekitatud panusest, mida kompenseerivad jälle selle kulud.

Parameetrit, milles signaalid ja vastused on fikseeritud (kollane), varieeruvad sõltuvalt selektsiooni tugevusest ja vastaja alleeli geneetilisest dispersioonist. Näiteks, kui vastaja alleeli algne sagedus on 0.9 asemel 0.99, nagu on näidatud pildil nr 2, toob signaalide sisseviimine kaasa tõhusama selektiivse mõju vastajatele (algne geneetiline dispersioon on suurem) ning must ala laieneb vasakule.

Isase signaalid võivad ilmneda isegi siis, kui need on seotud kuludega, mis vähendavad isase panust praeguses pesakonnas (parameetriseeritud sfec), mõjutades seega otseselt sobivust* nii isasele kui isasele, mitte vähendades isase ellujäämise tõenäosust.

Sobivus* — isendite paljunemisvõime teatud genotüübiga.

Kulu suhe viljakuse ja signaalide (vasakul) ning kulu suhe elujõudluse ja signaalide vahel.

Viljakus aspektist vaadatuna, kui isase signaalid on fikseeritud (kollane ala), panustavad kõik isased järglastesse vähem kui enne signaalide ilmumist. Sellisel juhul on emaste panus suurem kui see oli enne isaste signaalide ilmingut.

Suurem emaste panus, kui isaste kulutusi reguleeritakse viljakuse (mitte elujõulisuse) kaudu, suurendab keskmist järglaste arvu paari kohta, kuid see ei kompenseeri seda täielikult. Aja jooksul viib suurem emaste panus keskmise järglaste arvu, kes on sulgemiseks valmis, suurenemiseni, kuid samas vähendab emaste keskmist elujõulisuse määra. See toob kaasa uue tasakaalu tekkimise nende kahe jõu vahel, kus keskmine järglaste arv on madalam kui normaalsete elujõulisuse tingimuste korral või algtingimustes (enne signaalide ilmingut).

Matemaatiliselt näeb see välja järgmine: kui isaste signaalid suurendavad viljakust 1% (aga ei suurenda elujõulisust), suurenevad emaste kulutused järglastele 1,3%, kuid samal ajal suureneb nende suremus 0,5%, ning paari järglaste arv väheneb 0,16%.

Kui emaste keskmine panus on algselt madalam kui ideaalne tase (näiteks keskkonna mõjutuste tõttu), siis stimuleerivate kasvuimpulsside ilmnemisel tekib tasakaalustatud süsteem, st kaksiksooline koostöö. Sellises olukorras suurendavad isaste signaalid mitte ainult emaste panust järglastesse, vaid ka nende kohanduvust.

Sarnane isaste ja emaste käitumine tekib kõige sagedamini väliste muutuste (klimaat, elukeskkond, saadaval oleva toidu kogus jne) tõttu. Seetõttu eeldavad teadlased, et monogaamia kujunemine mõnes tänapäeva liigis, samas kui nende eelkäijad olid polügamoorsed, on tingitud migratsioonist ja vastavalt keskkonna muutumisest.

Kuna soovid teema nüanssidega lähemat tutvust teha, soovitame vaadata teadlaste aruannet ja täiendavad materjalid selle juurde.

Epilog

Selle uuringu käigus näidati, kuidas polügaamia ja monogaamia on omavahel seotud evolutsiooni vaatenurgast. Linde kuningriigis püüavad isased alati üksteisest paremad olla, et saada emase tähelepanu — olgu selleks siis erksad sulged, kaunis tants või isegi oma ehitusoskuste demonstreerimine. Selline käitumine on isaste vahelise konkurentsi tagajärg, mis on tavalisem polügaamilistes liikides. Emaste seisukohalt annab kõik need signaalid võimaluse hinnata isase kvaliteeti, mida nende ühine järglane pärib. Aja jooksul hakkasid isased arenema nii, et nende signaalid oleksid eredamad kui konkurentidel. Samuti evolueerisid emased viisil, et nende signaalidega vastu seista. Lõppude lõpuks peab alati olema tasakaal. Kui emaste kulutused järglastele on liiga suured võrreldes saadud kasu, siis ei ole kulutustes mõtet. Parema meelega muneb ta 3 muna ja suudab katmise ja kasvamise protsessi üle elada, kui muneda viis ja surra nende kaitsmise nimel.

Selliste sugudevaheline huvide konflikt võiks tuua kaasa katastroofilise elanikkonna languse, kuid evolutsioon valis ratsionaalsema tee — koostöö tee. Monogaamsetes paarides jätkavad isased end uhkelt esitlemist, samas kui emased vastavad sellele optimaalsete panustega järeltulijatesse.

Huvitav on see, et metsikute loomade maailm ei ole koormatud moraalinormide, seaduste ega reeglitega, vaid kõik tegevused on tingitud evolutsioonist, geneetikast ja soovist jätkata liiki.

Võib-olla tundub romantikutele selline teaduslik seletus tiivulistest armudest liiga proosaline, kuid teadlased arvavad teisiti. Sest mis võiks olla ilusam, kui areneda just nii, et isase ja emase vahel on tasakaal ning tõeline partnerlus, mis arvestab mõlema osapoole huve ja on suunatud tulevaste põlvkondade heaolule.

Reede off-topic:

Off-topic 2.0:

Aitäh tähelepanu eest, jääge uudishimulisteks ja nautige kõiki nädalavahetusi, sõbrad! 🙂

Aitäh, et olete meiega. Kas teile meeldivad meie artiklid? Kas soovite näha rohkem huvitavaid materjale? Toetage meid, tehes tellimuse või soovitades meid tuttavatele. 30% soodustus Habra kasutajatele meie ainulaadsetelt entry-level serveritelt, mis on loodud just teile: Kõik VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 südamikku) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps alates $20 või kuidas serverit õigesti jagada? (saadaval on RAID1 ja RAID10 variandid, kuni 24 südamikku ja kuni 40GB DDR4).

Dell R730xd kaks korda odavam? Ainult meie juures 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TB alates $199 Hollandi turul! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — alates $99! Lugege, kuidas Luua ettevõtte tasemel infrastruktuur Dell R730xd E5-2650 v4 serveritega, mille hind on 9000 eurot, madala hinnaga?

Allikas: habr.com