Armastuse geneetika: sooliste konfliktide roll koostöö aluseks monogaamsete lindude paarides

Suhted partnerite vahel, mis on täidetud hoolivuse, tähelepanu ja kaastunde märkidega, nimetavad luuletajad armastuseks, kuid bioloogid ütlevad, et see on kahe sugupoole vaheline suhe, mille eesmärk on ellujäämine ja liikide jätkusuutlikkus. Üksikud liigid eelistavad paljuneda suurte partnerite arvuga, et suurendada järglaste arvu, seeläbi tõstes kogu liigi ellujäämisvõimalusi. Teised aga loovad monogaamseid paare, mis võivad lakkada olemast vaid ühe partneri surma korral. Paljude aastate jooksul arvasid teadlased, et esimene variant on oluliselt kasulikum, kuid see ei ole päris tõsi. Monogaamsed paarid kasvatavad tavaliselt ühiselt järglasi, st kaitsevad neid kiskjate eest, otsivad toitu ja õpetavad teatud oskusi, samas kui polügaamsetes suhetes langeb kõik see sageli nõrkade emaste õlgadele. Loomulikult on erandeid, kuid täna neist ei räägi. Biologe on pikka aega huvitanud ka teine huvitav aspekt — isased jätkavad emastele tähelepanu pööramist isegi siis, kui nende paar on juba moodustunud ja eksisteerib mitu aastat. Miks see käitumine selline on, milline on sellest kasu ja millised evolutsioonilised aspektid on sellega seotud? Nendele küsimustele leiame vastused teadusgrupi ettekandest. Alustame.

Uuringu alus

Kuna uurimise teema on selline, ei keskendu me polügaamsetele linnuliikidele, vaid tuleme koos linnud-romantikud, kes armuvad kord ja igavesti.

Rääkides monogaamiast, on oluline mainida, et sellel on erinevaid liike sõltuvalt püsivuse pikkusest: üks hooaeg, mitu aastat ja kogu elu.

Linnuliikide seas on kõige levinum hooajaline monogaamia. Silmapaistvaks näiteks on metsikud haned. Emased tegelevad pesa rajamise ja munade haudumisega, samas kui isane kaitseb territooriumit. Teisel päeval pärast koorumist suundub pere lähimale veekogule, kus haned õpivad endale toitu otsima. Ohu korral, mis vees ähvardab, kaitseb emane vihaselt järglasi, kuid isane, mälestades olulisi asju, põgeneb tavaliselt. Need suhted ei ole just ideaalsed, mida iganes öelda.

Metsikute hanede perekond.

Kui rääkida suhetest, mille aluseks on püsivus, siis on kured sellel alal parimad. Nad loovad monogaamse paari kogu eluks ja isegi oma elukohta ei muuda nad ilma tõsise vajaduseta. Üks kurgede pesa, mille kaal võib ulatuda kuni 250 kg ja diameeter 1,5 m, teenib neid palju aastaid, kui looduse katastroofid või inimeste sekkumine seda ei hävita. Tšehhis on pesa, mis loodi juba 1864. aastal.

Kurgede ehitusoskusi ei pea hindama, kui näed selliseid struktuure.

Erinevalt metsikutest hanedest on kurgede seas töökohustused võrdsed: mõlemad partnerid hauduvad mune, otsivad toitu, õpetavad järglasi lendama ja kaitsevad neid ohtude eest. Kuredel on oma suhetes erinevad rituaalid: laulmine, tantsimine jms. Kõige huvitavam on see, et neid rituaale viiakse läbi mitte ainult paari loomise ajal (esimesel kohtingul), vaid ka kogu ühise elu jooksul (isegi siis, kui isane vahetab emasid haudumise ajal, tantsib ta väikest tantsu). Meie jaoks näib see väga armas, romantiline ja täiesti irratsionaalne, kuna bioloogilisest vaatepunktist pole sellisel käitumisel mingit kasu. Eks ole? Ja siit saame sujuvalt liikuda selle uurimise juurde, millele see küsimus vastamiseks tuleb.

Etoloogid* uskvad, et isaste pidev tundete näitamine on seotud emasloomade reproduktiivse olekuga.

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

Samas on endiselt ebaselge, miks selline käitumine kestab mitte ainult esmaste paaritumisperioodide jooksul, vaid kogu elu, sest isastele oleks loogilisem panustada rohkem jõudu ja energiat järglastesse, mitte emastele oma tunnete demonstreerimisse. Tänaseks on paljud teadlased arvanud, et suhtumise intensiivsus emasloomadesse mõjutab otseselt paaritumise kvaliteeti ja seega ka järglaste arvu (st munade arvu).

Ühe liigi paradiisilind tantsib emaslinnu ees. Nagu me näeme, näeb isane palju kaunim välja kui emane.

See on teooria kinnitatakse vaatlustega. Emane, kelle partner on kirjutamata ilu ja esimesena lendav külas, paneb rohkem vaeva järglaste nimel kui siis, kui isane on keskpärane. See kõlab lõbusalt ja naljakalt, kuid isaste korraldatud rituaalid emaste ees on suunatud mitte ainult ilu, vaid ka mõju näitamisele. Nii ongi, et säravad sulestik, kaunis laul ja muud tähelepanu avaldamise viisid isaste poolt on emaste jaoks pelgalt kognitiivsed signaalid, mida nad tõlgendavad teabe saamiseks isase kohta.

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

Teadlaste poolt ettepanek tehtud mudel põhineb paljusid katseid, mis on näidanud, et isaste signaalide tugevdamine suurendab emaste panust liigi jätkamisel. On oletus, et nende stimuleerivate efektide allikaks on tunnetuslikud vastused, mis tulenevad keskkonna, signaalide ja närvisüsteemi omadustest. Praegu on teada umbes 100 sarnast 'hälvet' tavapärasest aistingute süsteemist (kuulmine, nägemine ja lõhn).

Kui isane näitab korduvalt oma eeliseid teiste isaste ees, võib see positiivselt mõjutada isast (emane valib ta kindlasti). Kuid emase jaoks võib see olla miinus, kuna see vähendab tulevast reproduktiivset teostust. Teisisõnu, meil on olukord 'ootusi ületada'. Isane, kes on märgatavalt parem kui teised isased ja pidevalt näitab huvi emase vastu, saab soovitud — paaritumine ja järeltulijate jätkamine, täpsemalt oma liigi. Emas, kes ootab teistelt isastelt sarnast käitumist, kuid ei saa seda, võib sattuda kahetsusväärsesse olukorda. Seda juhtumit nimetatakse teadlaste poolt seksuaalseks konfliktiks: isaste enesekehtestamine kaunina suureneb populatsioonis, samas kui emaste vastupanu sellele taktikale kasvab.

See konflikt on mudeldatud arvutuslikku lähenemist kasutades (neuraalvõrgud). Saadud mudelites signaalija (signaali allikas — isane) kasutab vastuvõtja perseptiivset tajumist (signaali vastuvõtja — emane), mis stimuleerib signaale nende tajumise arvelt. Teatud hetkel tekib emaste populatsiooni signaalide tajumise muutus (oma laadi mutatsioon), mille tõttu signaali tugevus allikast (isanen) väheneb. Selliste muutuste järkjärguline suurenemine toob kaasa selle, et teatud tüüpi signaal muutub täiesti ebaefektiivseks. Selliste muutuste käigus kaovad mõned signaalid, kaotades oma tugevuse, kuid tekivad uued, ja protsess algab uuesti.

See üsna keeruline süsteem on praktikas piisavalt lihtne. Kujutage ette, et ilmus isane, kellel on erksavärviline sulg (ainult üks), ta paistab silma teiste seas, ja emased eelistavad just teda. Siis ilmub isane kahe erksate sulgedega, pärast seda kolme sulgudega jne. Kuid sellise signaali jõud, arvestades selle suurenemist ja levikut, hakkab proportsionaalselt langema. Ja siis äkki ilmub isane, kes oskab kaunilt laulda ja pesi ehitada. Seega kaunis sulestik kui signaal enam ei ole efektiivne ja hakkab taanduma.

Kuid reeglitest on alati erandeid — mõned sugudevahelised konfliktid võivad muutuda täielikuks ja väga tõhusaks sugudevaheliseks koostööks.

Sugudevahelise konflikti ja sugudevahelise koostöö tekkimise skeem.

Oluline on see, et isane, kellel on rohkem väljendunud signaal, sunnib emast munema mitte kolm, vaid neli muna. Isase jaoks on see hea — tal on rohkem järglasi oma geneetilise fondiga. Ema jaoks ei ole see nii hea, kuna tal tuleb rohkem energiat kulutada selleks, et kõik järglased ellu jääksid ja iseseisvasse vanusesse jõuaksid. Seega hakkavad emased arenema paralleelselt isastega, et olla nende signaalide suhtes vastupidavamad. Selle tulemusena võib olla kaks teed: konflikt või koostöö.

Koostöö puhul evolutsioneerivad emased nii, et munevad kolm muna, just nagu enne tugevama signaali sündimist isaste poolt, kuid jätkavad nendele signaalidele reageerimist. Nüüd on sul naiste trikkide näide looduses. Seega ei moodustu mitte lihtsalt paar, vaid paar, kes toetab üksteist optimaalsel tasemel järglaste jätkamiseks märk-signaal interaktsiooni kaudu.

Isased aga ei saa tagasi evolutsioneeruda, öeldes otse. Nende tugevdavad signaalid emastele toovad tulemuseks kolme muna muna, mis on erinev sellest, mida oodati. Kuid signaali vähendamine eelnevale tasemele on samuti ebatõhus, kuna see viib munade arvu vähenemiseni kahe munani. Tekib ümmargune ring — isased ei saa signaali tugevust vähendada ja ei saa seda suurendada, kuna emased annavad esimesel juhul vähem järglasi, ja teisel juhul ei reageeri nad.

Muidugi ei ole ei isastel ega emastel mingit kurja kavatsust või soovi üksteist alandada. Kogu see protsess toimub geneetilisel tasandil ja on suunatud ainult konkreetse paari järglaste ja kogu liigi heaolu nimel.

Uuringu tulemused

Matemaatilise modelleerimise kaudu hinnati teadlaste poolt tingimusi, mille korral võib tekkida sugudevaheline koostöö. Kvantitatiivne iseloom keskmise väärtusega zf is emase peamine panus tema järglastesse. Alguses lubatakse keskmisel väärtusel areneda oma optimaalsele väärtusele zopt, mis sõltub kahest muutujast: panuse kasulikkusest (ellujäänud järglaste arv) ja panuse maksumusest emaste jaoks (cf). Viimane muutuja hinnatakse pärast paljunemist, eeldades, et osa emastest ellu jääb ja võib järgmisel aastal taas järglasi toota, mis viib põlvkondade arvu suurenemiseni.

Käesolevas uuringus kasutatakse tihti mitmeid termineid, mida tasub veidi selgitada:

• signaalid — isaste tähelepanu avaldumised partner-emaste suunas (laul, tantsud ja teised rituaalid), mis on olemas moodustatud paarides;
• — funktsioon, mida kogukond on kaua oodanud GitLab'is. See on tõeliselt oluline panus keeruliste muudatustega, mis nõudsid pidevat koostööd GitLab'i meeskonna liikmetega ja hõlmasid mitmeid projekti valdkondi, nagu UX, frontend ja backend. / investeeringud — emaste reaktsioonid nendele signaalidele, mis väljenduvad munade arvu suurenemises, rohkem aega tulevaste järglaste eest hoolitsemiseks jne;
• respondent — emane, kes reageerib isase signaalidele;
• kulud — emaste panus järglaste loodusse (aeg pesas, aeg toiduotsingutel, tervis seisundi tõttu, mis tuleneb munade arvust pesas jne).

Uusi isaste signaale ja emaste reaktsioone neile modelleiti vabalt rekombineerivate dialleelsete ühe-lokussete modifikaatorite abil, ühendades seeläbi kvantitatiivseid ja populatsioonigeetilisi lähenemisi. lokus*, mis kontrollib emasloomade vastust (A), esialgu täheldatakse kõrget alleeli-vastajat* (A2), mis vastab varasematele tajudele.

Lokus* — konkreetse geeni asukoht geneetilisel kaardil kromosoomis.

Alleelid* — erinevad sama geeni vormid, mis asuvad homoloogiliste kromosoomide samaaegsetes lokustes. Alleelid määravad konkreetse omaduse arengusuuna.

Geen-vastaja* (Rsp) — geen, mis on funktsionaalselt seotud segregeerimise häire faktoriga (geen SD), mille aktiivne alleel (Rsp+) suudab pärssida SD ekspressiooni.

Signaallokus (B) on esialgu fikseeritud signaalita alleelile (B1). Seejärel tutvustatakse alleeli B2, mis kutsub esile signaalide ilmumise isaste poolt.

Isaste signaalide ilmingutel on samuti oma hind (sm), kuid suurendab emasloomade (A2) panust α ulatuses. Näiteks võib α väljendada täiendava munana pesas. Samuti võib emaslooma panuse suurendamine avalduda ka positiivsetes mõjudes, mida ta oma järglastele avaldab.

Seega paar, kus isane kannab signaali alleeli ja emane kannab vastaja alleeli (st paarid A2B2), omab emase lisapanust ja seega kõrgemat viljakust kui ülejäänud 3 kombinatsiooni.

Isaste ja emaste signaalide ja nende vastuste kombinatsioonide variandid.

Järglaste arvu, kes ellu jäävad järgmise aasta paljundamiseks, mõjutab tiheduse sõltuvus* pesas ja pesade tiheduse sõltuvus pärast sulandumist.

Tiheduse sõltuvus* — tiheduse protsessid, mis toimuvad, kui populatsiooni kasvukiirus on reguleeritud selle populatsiooni tiheduse järgi.

Teine muutuja rühm on seotud emaste ja isaste suremusega pärast järglaste sündimist. Need muutujaid määravad pesapanus (cm — isaste kaas cf — isaste panus), isaste signaalide kulud (sm) ja mittevalikuline suremus (dm — isased ja df — isased).

Lesked, lesed, alaealised ja kõik varasemad üksikute isendid kogunevad, et luua uusi paare, ja aastaring lõpeb. Uurimismudelis keskendutakse geneetilisele monogaamiale, seetõttu välistatakse kõik sugupoolte valiku tüübid (st isendite konkurents partneri pärast) arvutustes.

Signaalide, vastajate ja panuse evolutsiooni seos.

Modelleerimine näitas, et stabiilne tasakaal saavutatakse, kui isased annavad signaale, ning isased reageerivad neile. Tasakaalu seisundis taastub kogu panus järglastele tasemele, mis oli enne isaste lisasignaalide ilmumist.

Diagrammil A ülemine on näide evolutsioonilisest dünaamikast, kus isaste panus järglastele naaseb optimaalsele tasemele, mis on tulemuseks panuse kvantitatiivse tunnuse evolutsioonile (katkendlik roheline joon — see on tegelik panus, ja pidev roheline joon — see on panus, mis ei olnud realiseeritud isaste lisasignaalide puudumise tõttu). Graafikul Uues on esitatud alternatiivne näide, kus sugupoole konflikt viib vastaja kadumiseni.

Ja graafikul A on välja toodud kaks parameetrit, mis mõjutavad sellist tulemust: panuse suurenemine, mida põhjustavad lisasignaalid (α), ja isaste kulud selle panuse osas (cf). Graafiku punases piirkonnas ei suurene signaalid kunagi, kuna nende kulud ületavad kasu. Kollases ja mustas piirkonnas suureneb signaalide sagedus, mis toob kaasa isaste kulutuste kasvu. Kollases piirkonnas reageeritakse sellele, vähendades kvantitatiivse investeeringu tunnust, viies pideva alleelide fikseerimisele nii signaalide kui ka vastajate osas. Mustas piirkonnas, kus reageerivatel isastel on rohkem induktsioneeritud investeeringuid, kaob vastav alleel kiiresti, järgnedes signaalidele, nagu traditsioonilistes sugupoole konfliktide mudelites (graafik Uues).

Vertikaalne piir punase ja kollase ala vahel näitab punkti, kus isased saavad liiki lisapanuse järglaste tootmisele, kui emased tasakaalustavad signaalide väljendamise kulusid. Horisontaalne piir, mis eraldab kollase ja musta ala punasest, tekib sarnasel põhjusel, kuigi vähem ilmselgelt. Kui emaste panuse kulud (cf) on madalad, siis on optimaalse panuse väärtus (zopt) suhteliselt kõrge ja seega on emaste panus algtingimustes oluliselt suurem. Selle tulemuseks on see, et signaalid annavad isasele proportsionaalselt väiksema kasu panusest, mida ta tekitab, mis taas kompenseeritakse tema kuludega.

Parameetrite ruum, kus signaalid ja vastused on fikseeritud (kollane), varieerub vastavalt valiku tugevusele ja vastaja alleeli geneetilisele dispergentsile. Näiteks, kui vastaja alleeli algne sagedus on 0.9 asemel 0.99, nagu näidatud pildil №2, toovad signaalide sisseviimine kaasa efektiivsema valiku vastajate osas (algne geneetiline dispergeerumine on kõrgem), ja must ala laieneb vasakule.

Isase signaalid võivad ilmneda isegi siis, kui need on seotud kuludega, mis vähendavad isase panust praegusesse pesakonda (parametriseeritud sfec), mõjutades seeläbi otseselt kohanduvust* nii isase kui ka emase puhul, mitte vähendades isase ellujäämisvõimalusi.

Kohanduvus* on isendite paljunemisvõime kindlate genotüüpide puhul.

Kasutuskulude suhe viljakuse ja signaalide (vasakul) ning elujõudluse ja signaalide suhe.

Viljakuse aspektis, kui isase signaalid on fikseeritud (kollane ala), panustavad kõik isased vähem järglastesse kui enne signaalide väljendumist. Sellisel juhul on emaste panus suurem kui see oli enne isaste signaalide väljendamist.

Emade suurem panus naiste, kui isaste kulutusi reguleeritakse viljakuse (mitte elujõulisuse) järgi, suurendab keskmist järglaste arvu paari kohta, kuid see ei kompenseeri täielikult. Aja jooksul suurenenud naiste panus toob kaasa keskmise järglaste arvu suurenemise, mis on ulatuses, kuid vähendab naiste keskmist elujõulisuse näitajat. See toob kaasa uue tasakaalu nende kahe jõu vahel, kus keskmine järglaste arv on madalam kui normaalse elujõulisuse või algtingimuste korral (enne signaalide avaldumist).

Matemaatilise vaatenurga alt näeb see välja järgmine: kui isaste signaalid suurendavad viljakust 1% (aga ei suurenda elujõulisust), tõusevad naiste järglastele kulutused 1,3%, kuid nende suremus suureneb samuti 0,5% ning järglaste arv paari kohta väheneb 0,16%.

Kui naiste keskmine panus on algselt madalam kui optimaalsel tasemel (näiteks keskkonna mõjude tõttu), siis signaalide ilmnemisel, mis stimuleerivad kulutustele kasvu, tekib tasakaalustatud süsteem, s.t. soo-ülese koostöö. Sellises olukorras mitte ainult isaste signaalid ei suurenda naiste panust järglastele, vaid ka nende kohanemist.

Sarnane käitumine isaste ja emaste seas ilmneb kõige sagedamini väliste muutuste tõttu (klima, elupaik, saadaval oleva toidu hulk jne). Sel põhjusel arvavad teadlased, et monogaamia kujunemine mõnedes kaasaegsetes liikides, samas kui nende esivanemad olid polügaamsed, on tingitud migratsioonist ja seega keskkonna muutusest.

Kuna soovin üksikasjalikumalt uurimise nüansse, soovitan tutvuda teadlaste raportiga ja täiendavate materjalidega selle juurde.

Epilog

See uuring näitas polügaamia ja monogaamia seoseid evolutsiooni seisukohalt. Lindude maailmas püüavad isased alati üksteisest üle, et saada emaste tähelepanu: erkkange sulestiku, kaunite tantsude või isegi ehitusoskuste demonstreerimise kaudu. Selline käitumine tuleneb isaste vahelisest konkurentsist, mis on enamasti iseloomulik polügaamilistele liikidele. Emaste seisukohast annavad kõik need signaalid võimaluse hinnata isase omadusi, mis nende ühine järeltuli pärib. Kuid aja jooksul hakkasid isased evolutsiooniliselt muutuma, et nende signaalid oleksid eredamad konkurentide omadustest. Emased omakorda on evolutsiooniliselt arenenud nii, et vastupanu nendele signaalidele. Lõppude lõpuks peab alati olema tasakaal. Kui emaste ressursid järeltulevasse põlvkonda investeerimiseks ei vasta saadud kasu suurusele, pole kulutustes mõtet. Paremini on teha kolmest munast pesa ja ellu jääda koorumise ja noorte üleskasvatamise protsessi, kui muneda viis muna ja sureta nende kaitsmise katses.

Seda sugudevahelist huvide konflikti võiks pidada tulemuseks katastroofilisele populatsiooni langusele, kuid evolutsioon suundus ratsionaalsemale teele - koostöö teele. Monogaamsetes paarides jätkavad isased oma parimate omaduste väljatoomist, samas kui emased vastavad sellele optimaalse panusega järeltulijatesse.

Huvitaval kombel pole metslooma maailma koormatud moraalitunnetega, seadustega ega normidega, vaid kõik tegevused on mõjutanud evolutsioon, geneetika ja soov tuleviku nimel.

Võib-olla näib romantikutele see teaduslik seletus tiivulist armastust liiga proosaline, kuid teadlased arvavad teisiti. Mis võiks olla ilusam kui evolutsioneerida nii, et isase ja emase vahel oleks tasakaal ning tõeline partnerlus, mis arvestab mõlema poole huve ja on suunatud tulevaste põlvkondade õnnele.

Reede off-topic:

Off-top 2.0:

Tänan tähelepanu eest, jääge uudishimu juurde ja soovin kõigile toredat nädalavahetust, sõbrad! 🙂

Aitäh, et olete meiega. Kas teile meeldivad meie artiklid? Kas soovite näha rohkem huvitavat sisu? Toetage meid, tellides teenuse või soovitades meid tuttavatele. 30% allahindlus Habr'i kasutajatele ainulaadsele sissetuleku tasemel serverile, mille oleme teie jaoks välja mõelnud: Kogu tõde VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 tuuma) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps alates $20 või kuidas õigesti serverit jagada? (saadaval RAID1 ja RAID10 variandid, kuni 24 tuuma 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 Hollandis! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — alates $99! Lugege sellest Kuidas luua ettevõtte tasemel infrastruktuuri, kasutades Dell R730xd E5-2650 v4 servereid, mille hind on 9000 eurot, taskukohase hinna eest?

Allikas: habr.com