Le relazioni tra i partner, ricche di cura, attenzioni e empatia, sono definiti dai poeti come amore, mentre i biologi le chiamano interazioni intersessuali, orientate alla sopravvivenza e alla continuazione della specie. Alcune specie preferiscono riprodursi in numero, accoppiandosi con il maggior numero possibile di partner per aumentare la prole, così da elevare le probabilità di sopravvivenza dell'intera specie. Altre creano coppie monogame, la cui esistenza può terminare solo con la morte di uno dei partner. Per molti anni, gli scienziati ritenevano che il primo approccio fosse notevolmente più vantaggioso, ma non è del tutto così. Le coppie monogame tendono infatti a crescere insieme la prole, proteggendola dai predatori, procurandole cibo e insegnandole competenze specifiche, mentre nelle relazioni poligame tutto questo ricade spesso sulle fragili spalle delle femmine. Certamente esistono eccezioni, ma oggi non è di questo che parliamo. I biologi si sono a lungo interessati anche a un altro aspetto curioso: i maschi continuano a mostrare attenzioni verso le femmine anche quando la loro coppia è già costituita e dura da diversi anni. Qual è la motivazione di questo comportamento, quali vantaggi ne derivano e quali aspetti evolutivi sono coinvolti? Troveremo risposte a queste domande nella relazione del gruppo di ricerca. Iniziamo.
La base della ricerca
Considerando il tema della ricerca, non ci concentreremo sulle specie di uccelli poligami, ma sui romantici piumati che si innamorano una volta per tutte.
Parlando di monogamia, è importante notare che esistono diverse sue forme in base alla durata: una stagione, alcuni anni e per tutta la vita.
Tra gli uccelli, la forma più comune è la monogamia stagionale. Un esempio evidente sono le oche selvatiche. Le femmine si occupano del nido e della cova delle uova, mentre il maschio difende il territorio. Due giorni dopo la schiusa, la famiglia si dirige verso il vicino specchio d'acqua, dove i pulcini imparano a cercare il cibo. In caso di pericolo in acqua, la femmina difende con determinazione la prole, mentre il maschio, ricordando probabilmente i suoi impegni, tende a scappare. Non sono esattamente relazioni ideali, a dirla tutta.
La famiglia delle oche selvatiche.
Se parliamo di relazioni basate sulla costanza, i cicogne sono i migliori in questo ambito. Creano una coppia monogama per tutta la vita e non cambiano nemmeno il luogo di residenza senza un motivo valido. Un nido di cicogne, che può pesare fino a 250 kg e raggiungere 1,5 m di diametro, può servirli per molti anni, a meno che non venga distrutto da catastrofi naturali o dall'intervento umano. In Repubblica Ceca c'è un nido che è stato costruito nel 1864.
Le abilità costruttive delle cicogne non necessitano di valutazione quando si vedono tali opere.
A differenza delle anatre selvatiche, tra i cigni prevale l'uguaglianza dei doveri: entrambi i partner covano le uova, cercano cibo, insegnano ai piccoli a volare e li proteggono dai pericoli. I rituali di vario tipo, come il canto e la danza, giocano un ruolo importante nelle relazioni tra i cigni. La cosa più curiosa è che questi rituali si svolgono non solo nel periodo di formazione della coppia (al primo appuntamento), ma anche durante l'intera vita insieme (anche cambiando partner durante la cova, il maschio esegue una piccola danza). Per noi, questo appare molto tenero, romantico e assolutamente illogico, poiché dal punto di vista biologico tale comportamento non porta alcun vantaggio. Giusto? Ecco un buon punto di partenza per esaminare la ricerca che doveva rispondere a questa domanda.
Etologi* ritengono che l'espressione costante dei sentimenti da parte dei maschi sia legata alla conservazione dello stato riproduttivo delle femmine.
Etologia* è la scienza che studia il comportamento geneticamente determinato, ovvero gli istinti.
Allo stesso tempo, resta poco chiaro perché questo comportamento duri non solo durante il periodo di accoppiamento iniziale, ma per tutta la vita. Sarebbe più logico che i maschi investissero maggiore energia nella prole, piuttosto che nella dimostrazione di affetto verso la femmina. Fino ad oggi, molti ricercatori hanno considerato che l'intensità dell'espressione di attaccamento verso la femmina influisca direttamente sulla qualità dell'accoppiamento e, di conseguenza, sulla prole (ovvero, il numero di uova deposte).
Un maschio di una specie di uccelli del paradiso danza di fronte a una femmina. Come possiamo vedere, il maschio appare molto più vivido della femmina.
Questa teoria è supportata dalle osservazioni. Una femmina il cui partner è un autentico bellone e il primo volatore del villaggio investe maggiori sforzi nella prole rispetto a quando il maschio è mediocre. Sembra divertente e strano, ma i rituali che i maschi svolgono davanti alle femmine sono mirati a dimostrare non solo bellezza, ma anche forza. È così che l'affermazione di piumaggio brillante, canto melodioso e altre manifestazioni di attenzione da parte dei maschi sono per le femmine semplici segnali cognitivi, che lei decodifica come informazioni sul maschio.
Gli scienziati delle università della Carolina del Nord e di Chicago, di cui stiamo esaminando il lavoro oggi, ritengono che tale comportamento dei maschi sia volto a ottimizzare il comportamento delle femmine riguardo al processo di allevamento della prole.
Il modello proposto dagli scienziati si basa su numerosi esperimenti che hanno dimostrato che l'intensificazione di questi segnali da parte dei maschi aumenta il contributo delle femmine nel processo di riproduzione. Si ipotizza che la fonte di tali effetti stimolanti siano le risposte percettive che emergono dalle caratteristiche dell'ambiente, dai segnali e dal sistema nervoso in generale. Attualmente sono noti circa 100 esempi di tali 'deviazioni' dai normali sistemi sensoriali (udito, vista e olfatto).
Quando un maschio dimostra le proprie qualità superiori rispetto agli altri maschi, ciò può influenzare positivamente lui stesso (una femmina sicuramente lo sceglierà). Tuttavia, per la femmina questo può rappresentare uno svantaggio, poiché riduce la futura capacità riproduttiva. In altre parole, ci troviamo in una situazione di "superare le aspettative". Un maschio che si distingue significativamente dagli altri e mostra costantemente segni di interesse verso una femmina otterrà ciò che desidera: accoppiamento e continuazione della sua discendenza. D'altra parte, una femmina che si aspetta comportamenti simili da altri maschi, ma non riceve tali attenzioni, può trovarsi in una situazione svantaggiata. Questa situazione è conosciuta dagli studiosi come conflitto intersessuale: la dimostrazione di bellezza da parte dei maschi aumenta nella popolazione, mentre tra le femmine cresce la resistenza a questa tattica.
Questo conflitto è stato modellato utilizzando un approccio computazionale (reti neurali). Nei modelli ottenuti, il segnale (sorgente del segnale - il maschio) utilizza la percezione del ricevitore (ricevitore del segnale - la femmina), che stimola i segnali stessi a discapito della percezione. A un certo punto si verifica un cambiamento nella percezione dei segnali nella popolazione delle femmine (una sorta di mutazione), il che porterà a una significativa diminuzione della forza dei segnali sorgente (del maschio). L'aumento graduale di tali cambiamenti porterà a rendere un certo tipo di segnale completamente inefficace. Con il progredire di tali cambiamenti, alcuni segnali scompaiono perdendo la loro forza, ma ne emergono di nuovi, e il processo ricomincia.
Questo sistema piuttosto contorto è sorprendentemente semplice nella pratica. Immaginate un maschio con una piuma brillante (una sola), che si distingue dagli altri, e le femmine lo scelgono. Poi appare un maschio con due piume brillanti, poi con tre e così via. Ma la forza di un simile segnale, a causa della sua crescita e diffusione, comincia a diminuire proporzionalmente. E all'improvviso appare un maschio che sa cantare bene e costruire nidi. Di conseguenza, la bella piumatura come segnale smette di essere efficace e inizia a degenerare.
Tuttavia, c'è sempre un'eccezione alla regola: alcuni conflitti intersessuali possono evolvere in una vera e propria e molto efficace collaborazione intersessuale.
Schema di insorgenza del conflitto intersessuale e della collaborazione intersessuale.
La questione è che il maschio con un segnale più pronunciato costringe la femmina a deporre non tre uova, ma quattro. Per il maschio è vantaggioso: avrà più prole con il suo patrimonio genetico. Per la femmina, però, non è il massimo, poiché dovrà spendere più energie affinché tutta la prole sopravviva e raggiunga l'età adulta. Di conseguenza, le femmine iniziano a svilupparsi parallelamente ai maschi per essere più resistenti ai loro segnali. Ne consegue che possono esserci due strade: conflitto o cooperazione.
Nel caso di cooperazione, le femmine evolvono in modo da deporre tre uova, come prima dell'emergere di segnali più forti da parte dei maschi, ma continuano a rispondere a questi segnali. Ecco a te le astuzie femminili nel mondo naturale. In questo modo si forma non solo una coppia, ma una coppia che si sostiene a vicenda a un livello ottimale per la continuazione della specie in termini di interazione segnale-risposta.
I maschi non possono evolversi indietro, per dirla in modo semplice. I loro segnali amplificati verso le femmine producono un risultato sotto forma di una covata di tre uova, cioè non come ci si aspettava. Tuttavia, ridurre il segnale al livello precedente sarebbe altrettanto inefficace, poiché porterebbe a una diminuzione del numero di uova nella covata a due. Si crea così un circolo vizioso: i maschi non possono ridurre l'intensità del segnale e non possono aumentarne la forza, poiché nel primo caso le femmine produrrebbero meno prole, mentre nel secondo non risponderebbero.
Naturalmente, né i maschi né le femmine hanno intenzioni malevole o desideri di sottomettersi l'uno all'altro. L'intero processo avviene a livello genetico ed è esclusivamente indirizzato al bene della prole di una coppia specifica e al benessere della specie in generale.
Risultati della ricerca
Utilizzando la modellazione matematica, gli scienziati hanno valutato le condizioni in cui può sorgere la collaborazione intersessuale. La caratteristica quantitativa con la media zf descrive il contributo fondamentale della femmina nella sua prole. Inizialmente, alla media è consentito svilupparsi fino al suo valore ottimale zopt, che dipende da due variabili: il profitto dell'investimento (numero di discendenti sopravvissuti) e il costo dell'investimento per le femmine (cf). L'ultima variabile viene valutata dopo la riproduzione, implicando che una parte delle femmine sopravvive e può riprodursi di nuovo l'anno successivo, portando a un aumento del numero di generazioni.
In questo studio verranno spesso utilizzati diversi termini, che è bene chiarire un po':
- segnali — manifestazioni di attenzione da parte dei maschi verso le femmine partner (canti, danze e altri rituali), che avvengono nelle coppie formate;
- contributo / investimenti — la risposta delle femmine a questi segnali, che si manifesta in un numero maggiore di uova nel nido, più tempo dedicato alla cura della futura prole, ecc.;
- rispondente — una femmina che reagisce ai segnali del maschio;
- costi — il costo dello sforzo delle femmine nella prole (tempo nel nido, tempo dedicato alla ricerca di cibo, stato di salute in relazione al numero maggiore/minore di uova nel nido, ecc.).
I nuovi segnali maschili e le reazioni delle femmine a questi sono stati modellati mediante modificatori diallelici a locus singolo a ricombinazione libera, unendo così approcci genetici quantitativi e di popolazione. In locus*, che controlla la risposta della femmina (A), si osserva inizialmente una alta frequenza dell'allele-rispondente* (A2), corrispondente alla percezione percettiva esistente in precedenza.
Locus* — la posizione di un gene specifico nella mappa genetica del cromosoma.
Alleli* — diverse forme dello stesso gene situate negli stessi locus di cromosomi omologhi. Gli alleli determinano il percorso di sviluppo di un tratto specifico.
Gene-risponditore* (Rsp) — il gene funzionalmente legato al fattore di disturbo della segregazione (gene SD), il cui allele attivo (Rsp+) è in grado di sopprimere l'espressione di SD.
Il locus del segnale (B) è inizialmente fissato per l'allele senza segnale (B1). Viene poi introdotto l'allele B2, che provoca la comparsa di segnali da parte dei maschi.
L'emissione di segnali da parte dei maschi ha anch'essa un costo (sm), ma aumenta il contributo della femmina partner (A2) in proporzione a α. Ad esempio, α può essere espresso come un ulteriore uovo in nido. In questo caso, l'aumento del contributo della femmina può manifestarsi anche in quei effetti positivi che essa esercita sulla propria prole.
Pertanto, una coppia in cui il maschio porta l'allele del segnale e la femmina porta l'allele del risponditore (cioè coppie A2B2) ha un contributo aggiuntivo da parte della femmina e quindi una maggiore prolificità rispetto ad altre 3 combinazioni.
Varianti delle combinazioni di maschi e femmine in base al rapporto tra segnali e risposte.
Il numero di discendenti sopravvissuti per la riproduzione l'anno successivo è influenzato da dipendenza dalla densità* all'interno della nidiata e dipendenza dalla densità della nidiata dopo la penna.
Dipendenza dalla densità* — i processi dipendenti dalla densità si verificano quando i tassi di crescita della popolazione sono regolati dalla densità di tale popolazione.
Un altro gruppo di variabili è legato alla mortalità di femmine e maschi dopo la nascita della prole. Queste variabili sono determinate dal contributo alla nidiata (cm — contributo dei maschi, cf — contributo delle femmine), dai costi dei segnali per i maschi (sm) e mortalità non selettiva (dm — maschi e df — femmine).
Vedove, vedovi, minorenni e qualsiasi individuo precedentemente single si uniscono per formare nuove coppie, e il ciclo annuale si conclude. Nel modello studiato, si pone l'accento sulla monogamia genetica, pertanto tutti i tipi di selezione sessuale (cioè la competizione tra gli individui per un partner) sono esclusi dai calcoli.
La relazione tra evoluzione dei segnali, rispondenti e contribuzione.
La simulazione ha mostrato che un equilibrio sostenibile si raggiunge quando i maschi emettono segnali e le femmine rispondono a essi. In uno stato di equilibrio, tutto il contributo alla prole torna al livello che era precedente all'emergere di segnali aggiuntivi da parte dei maschi.
Nel grafico E sopra è mostrato un esempio di dinamica evolutiva, dove il contributo delle femmine alla prole torna al livello ottimale, il che è il risultato dell'evoluzione di un attributo quantitativo del contributo (la linea verde tratteggiata rappresenta il contributo effettivo, e la linea verde continua rappresenta il contributo che non è stato realizzato a causa dell'assenza di risposta delle femmine ai segnali aggiuntivi dei maschi). Nel grafico In viene mostrato un esempio alternativo in cui il conflitto sessuale porta alla perdita del rispondente.
E nel grafico C sono evidenziati due parametri che influenzano tale risultato: aumento del contributo, causato da segnali aggiuntivi (α), e i costi delle femmine per questo contributo (cf). Nell'area rossa del grafico, i segnali non aumentano mai, poiché il loro costo supererebbe il beneficio. Nelle aree gialla e nera, la frequenza dei segnali aumenta, il che porta a un aumento degli investimenti da parte delle femmine. Nella zona gialla, la risposta a questo avviene attraverso la riduzione del segnale quantitativo di investimento, portando alla fissazione permanente degli alleli sia come segnali che come rispondenti. Nell'area nera, dove le femmine rispondenti hanno più investimenti indotti, l'allele rispondente viene rapidamente perso, seguito dai segnali, come nei modelli tradizionali di conflitto sessuale (grafico In).
Il confine verticale tra le aree rossa e gialla rappresenta il punto in cui i maschi ottengono un contributo aggiuntivo alla prole, poiché le femmine bilanciano i costi per l'emissione dei loro segnali. Il confine orizzontale che separa le aree gialla e nera da quella rossa si forma in modo analogo, ma per una ragione meno ovvia. Quando i costi delle femmine per il contributo sono bassi, il valore ottimale del contributo sarà relativamente alto, e pertanto il contributo delle femmine sarà significativamente maggiore nelle condizioni iniziali. Ciò comporta che i segnali forniscono al maschio un vantaggio proporzionalmente minore dal contributo che provoca, il quale è nuovamente compensato dai suoi costi.cf)zopt)
Lo spazio dei parametri, in cui i segnali e le risposte sono fissati (giallo), varia in base alla forza della selezione e alla dispersione genetica dell'allele del rispondente. Ad esempio, quando la frequenza iniziale dell'allele del rispondente è 0,9 anziché 0,99, come mostrato nell'immagine n. 2, l'introduzione di segnali porta a una selezione più efficace nei confronti dei rispondenti (la dispersione genetica iniziale è maggiore) e l'area nera si espande verso sinistra.
I segnali del maschio possono apparire anche se sono associati a costi che riducono il contributo del maschio alla attuale covata ( parametrizzata sfec), influenzando così direttamente l'adattamento* sia del maschio che della femmina, senza ridurre la probabilità di sopravvivenza del maschio.
L'adattamento* è la capacità di riprodursi degli individui con un certo genotipo.
Il rapporto tra costi di fecondità e segnali (a sinistra) e il rapporto tra costi di vitalità e segnali.
In termini di fertilità, quando i segnali maschili sono fissati (area gialla), tutti i maschi investono meno nella prole rispetto a prima della manifestazione dei segnali. In tal caso, l'apporto delle femmine sarà maggiore rispetto a quello che era prima della manifestazione dei segnali maschili.
Un maggiore apporto delle femmine, quando i costi dei maschi sono regolati dalla fertilità (e non dalla vitalità), aumenta il numero medio di discendenti per coppia, ma ciò non compensa del tutto. Nel tempo, un maggiore apporto delle femmine porta a un aumento del numero medio di prole che raggiunge l'involucro, ma riduce il tasso medio di vitalità delle femmine. Ciò porta alla formazione di un nuovo equilibrio tra queste due forze, dove il numero medio di discendenti è inferiore rispetto al caso di normale vitalità o nelle condizioni iniziali (prima della manifestazione dei segnali).
Dal punto di vista matematico, questo si presenta nel seguente modo: se i segnali maschili aumentano la fertilità dell'1% (ma non aumentano la vitalità), allora i costi delle femmine per la prole aumentano del 1,3%, ma al contempo la loro mortalità aumenta dello 0,5%, e la popolazione di prole per coppia diminuisce dello 0,16%.
Se il valore medio del contributo delle femmine è inizialmente al di sotto del livello ottimale (ad esempio, a causa dell'influenza dell'ambiente), allora, quando si manifestano segnali di crescita stimolanti, si crea un sistema equilibrato, cioè collaborazione tra i sessi. In questa situazione, i segnali dei maschi non solo aumentano il contributo delle femmine nella prole, ma anche la loro adattabilità.
Questo comportamento di maschi e femmine si verifica più frequentemente a causa di variazioni esterne (clima, habitat, quantità di cibo disponibile, ecc.). Per questo motivo, gli scienziati ipotizzano che la formazione della monogamia in alcune specie moderne, mentre i loro antenati erano poligami, sia dovuta alla migrazione e, di conseguenza, al cambiamento dell'ambiente.
Per una comprensione più dettagliata delle sfumature della ricerca, consiglio di dare un'occhiata a e ad esso.
Epilogo
Questo studio ha dimostrato la relazione tra poligamia e monogamia dal punto di vista evolutivo. Nel regno degli uccelli, i maschi si sforzano sempre di superarsi a vicenda per attirare l'attenzione delle femmine: con piume brillanti, danze affascinanti o anche dimostrando le loro abilità costruttive. Questo comportamento è dovuto alla competizione tra i maschi, che è tipica delle specie poligame. Dal punto di vista delle femmine, tutti questi segnali danno l'opportunità di valutare le qualità del maschio, che saranno ereditate dalla loro prole. Tuttavia, nel corso del tempo, i maschi hanno cominciato ad evolversi in modo tale che i loro segnali fossero più evidenti rispetto a quelli dei concorrenti. Le femmine, a loro volta, si sono evolute per contrastare tali segnali. Infatti, deve sempre esserci un equilibrio. Se i costi delle femmine per la prole sono sproporzionati rispetto ai benefici, allora non ha senso aumentare le spese. È meglio fare un nido di 3 uova e sopravvivere nel processo di incubazione e allevamento della prole, piuttosto che deporre cinque uova e perire nel tentativo di proteggerle.
Un tale conflitto intersessuale potrebbe portare a un catastrofico calo della popolazione, ma l'evoluzione ha scelto un percorso più saggio: quello della cooperazione. Nelle coppie monogame, i maschi continuano a dar prova del loro splendore, mentre le femmine rispondono contribuendo in modo ottimale alla prole.
È curioso che il mondo degli animali selvatici non sia appesantito da principi morali, leggi e norme; ogni azione è influenzata dall'evoluzione, dalla genetica e dal desiderio di continuare la specie.
Forse per i romantici questa spiegazione scientifica dell'amore alato appare troppo priva di poesia, ma gli scienziati la pensano in modo diverso. Infatti, cosa può essere più bello che evolversi in modo tale da creare un equilibrio tra femmina e maschio, stabilendo una vera partnership che tenga conto degli interessi di entrambe le parti e sia orientata al bene delle generazioni future?
Off-topic del venerdì:
Nonostante il nome di questi uccelli non sia dei più belli ("scistosi"), il loro ballo di riunione è semplicemente splendido.
Off-topic 2.0:
Gli uccelli del paradiso sono un vivido (letteralmente) esempio della varietà di segnali che i maschi inviano alle femmine durante il periodo di nidificazione (BBC Earth, voce narrante — David Attenborough).
Grazie per l'attenzione, continuate a essere curiosi e buon fine settimana a tutti, ragazzi! 🙂
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Fonte: habr.com
