愛の遺伝学：一夫一婦制の鳥のつがいにおける協力の基礎としての性間の対立

思いやり、気配り、共感のしるしに満ちたパートナー間の関係を詩人は愛と呼びますが、生物学者はそれを生存と子孫繁栄を目的とした異性関係と呼んでいます。 一部の種は、子孫の数を増やすためにできるだけ多くのパートナーと生殖することを好み、それによって種全体の生存の可能性を高めます。 また、一夫一婦制のカップルを作る人もいますが、パートナーの一方が死亡した場合にのみ消滅する可能性があります。 科学者たちは長年、最初の選択肢のほうがはるかに収益性が高いと信じてきましたが、これは完全に真実ではありません。 一夫一婦制のカップルは、原則として、子孫を一緒に育てます。 動物を捕食者から守り、食べ物を与え、特定のスキルを教えますが、一夫多妻制の関係では、これらすべてがメスの弱い肩にかかることがほとんどです。 もちろん例外もありますが、今日はそれらについては話しません。 生物学者は、もう一つの興味深い点に長い間興味を持っていました。それは、つがいがすでに形成され、数年間存在していたとしても、オスはメスに注意を払う兆候を示し続けるということです。 この行動は何が原因で、それからどんな利益が得られるのか、それにどのような進化的側面が関係しているのでしょうか? これらの疑問に対する答えは、研究グループの報告書で明らかになります。 行く。

研究根拠

研究の主題を考慮して、私たちは一夫多妻制の鳥類には焦点を当てませんが、一度きりの恋に落ちる羽の生えたロマンチストに焦点を当てます。

一夫一婦制について言えば、XNUMXシーズン、数年、生涯など、期間に応じていくつかのタイプがあることに注意する価値があります。

鳥類では、季節性の一夫一婦制が最も一般的です。 顕著な例は野生のガチョウでしょう。 メスは営巣と卵の孵化に関与し、オスは縄張りを守る責任があります。 孵化してからXNUMX日目、家族は最寄りの池に行き、そこでヒナたちは自分で食べ物を探すことを学びます。 水上で危険が生じた場合、メスは子供を激しく守りますが、オスは重要なことを覚えているようで、ほとんどの場合逃げます。 どう考えても、最も理想的な関係とは言えません。

野生のガチョウの家族。

私たちが関係について話すならば、その基礎は恒常性であり、この問題ではコウノトリが最高です。 彼らは生涯一夫一婦制のカップルを形成し、絶対に必要な場合を除いて居住地を変えることさえありません。 重さ250kg、直径1.5mに達するコウノトリの巣は、自然災害や人間の介入によって破壊されない限り、長年にわたり巣として機能します。 チェコ共和国には 1864 年に作られた巣があります。

このような建造物を見ても、コウノトリの建築技術を賞賛する必要はありません。

野生のガチョウとは異なり、コウノトリには同等の責任があります。両方のパートナーが卵を孵化させ、食べ物を探し、子孫に飛び方を教え、危険から守ります。 歌や踊りなど、さまざまな種類の儀式がコウノトリとの関係において重要な役割を果たしています。 最も興味深いのは、これらの儀式がカップルの形成中（最初のデート）だけでなく、生涯を通じて行われることです（抱卵中にメスと入れ替わる場合でも、オスは小さなダンスを踊ります）。 私たちにとって、これは非常にかわいらしく、ロマンチックで、完全に非論理的に見えます。生物学的な観点からは、そのような行動には何の利益もないからです。 それはそうです？ そしてここで、この質問に答えるはずだった研究自体をスムーズに検討し始めることができます。

動物行動学者* 彼らは、オスが自分の感情を絶え間なく表明することが、メスの生殖状態の維持に関連していると信じています。

動物行動学* - 遺伝的に決定された行動を研究する科学、つまり本能。

同時に、なぜこの行動が初交尾の期間だけでなく生涯を通じて続くのかは依然として不明である。なぜなら、オスは、自分の子孫に対する感情を示すよりも、より多くの力とエネルギーを自分の子孫に投資する方が論理的だからである。女性。 これまで、多くの研究者は、メスに対する愛情表現の強さが交尾の質、ひいては子孫（つまり、産む卵の数）の質に直接影響を与えると信じていました。

極楽鳥のオスがメスの前で踊ります。 ご覧のとおり、オスはメスよりもはるかに明るく見えます。

この理論は観察によって確認されています。 パートナーが無名のハンサムな男性で、村で最初のチラシを持っている女性は、男性が魚でも家禽でもない場合よりも、自分の子孫にもっと力を入れます。 それは楽しくておかしく聞こえますが、男性が女性の前で行う儀式は、美しさだけでなく強さも示すことを目的としています。 たまたま、明るい羽毛、美しい鳴き声、その他のオスからの注意の現れは、メスにとって単なる認知信号であり、メスはそれを解読してオスに関する情報を作ります。

私たちが今日検討している研究であるノースカロライナ大学とシカゴ大学の科学者らは、オスのこの行動は、子孫を残すプロセスに関連してメスの行動を最適化することを目的としていると考えています。

科学者によって提案されたモデルは、男性からのこれらの信号を強化すると、生殖プロセスへの女性の貢献が増加することを示した多数の実験に基づいています。 このような刺激効果の原因は、環境、信号、神経系自体の特性から生じる知覚反応であることが示唆されています。 現時点では、通常の感覚系（聴覚、視覚、嗅覚）からのそのような「逸脱」の例が約 100 件知られています。

男性が他の男性よりも優れていることを再び示すと、これは男性自身にプラスの影響を与える可能性があります（女性は間違いなく彼を選択します）。 しかし、メスにとっては将来の生殖能力が低下するため、これは不利になる可能性があります。 つまり「期待を上回る」状況にあるのです。 他のオスよりもはるかに優れており、常にメスに興味の兆候を示しているオスは、彼が望むもの、つまり交尾と出産、またはむしろ彼自身の種を手に入れるでしょう。 他の男性にも同様の行動を期待しながらも、それが受け入れられない女性は、悲惨な状況に陥る可能性があります。 科学者たちはこのようなケースを性間紛争と呼んでいます。男性が自分たちを美しいと主張する動きが人口の中で増加し、この戦術に対する女性の間での抵抗が高まります。

この対立は、計算アプローチ (ニューラル ネットワーク) を使用してモデル化されました。 結果として得られるモデルでは、信号発信者 (信号源 - 男性) が受信者 (信号受信機 - 女性) の知覚を利用し、信号自体を刺激して知覚を損なうことになります。 ある時点で、女性の集団における信号の認識に変化が起こり（一種の突然変異）、その結果、発信源（男性）からの信号の強度が大幅に減少します。 このような変化が徐々に増加すると、あるタイプの信号が完全に無効になるという事実につながります。 このような変化が起こると、いくつかの信号が消えて強度を失いますが、新しい信号が発生し、プロセスが新たに始まります。

この非常に複雑なシステムは、実際には非常に単純です。 男性が明るい羽（XNUMX枚だけ）を持って現れ、彼が他のものより目立ち、女性が彼を優先すると想像してください。 次に、明るい羽を XNUMX 枚持った雄が現れ、次に XNUMX 枚などの羽を持った雄が現れます。 しかし、そのような信号の強度は、その成長と拡散により、比例して低下し始めます。 そして突然、美しく鳴き、巣を作るオスが現れます。 その結果、信号としての美しい羽毛は機能しなくなり、退化が始まります。

ただし、この規則には常に例外があります。一部の男女間の対立は、本格的で非常に効果的な男女間の協力に発展する可能性があります。

ジェンダー間の対立とジェンダー間の協力の出現の図式。

肝心なのは、より顕著な信号を持つオスがメスにXNUMX個ではなくXNUMX個の卵を産ませるということです。 これはオスにとって良いことです - 彼は自分の遺伝子プールでより多くの子孫を残すでしょう。 メスの場合はそれほどではありません。すべての子孫が確実に生き残り、自立できる年齢に達するようにするためには、より多くの努力を費やす必要があるからです。 その結果、女性は男性の信号に対してより耐性を持つために、男性と並行して発達し始めます。 その結果は、対立または協力の XNUMX つの方法で生じる可能性があります。

協力の場合、メスは、オスからのより強い信号が現れる前と同様に、3 個の卵を産むように進化しますが、これらの信号に応答し続けます。 自然界における女性のトリックはこれくらいです。 このようにして、ただのカップルが形成されるのではなく、信号と反応の相互作用の観点から、生殖に最適なレベルでお互いをサポートするカップルが形成されます。

大雑把に言えば、男性は元に戻ることはできません。 メスへの強化されたシグナルは、XNUMX 個の卵のクラッチを生成します。 予想通りではありませんでした。 ただし、信号を以前のレベルに下げると、クラッチ内の卵の数が XNUMX つに減るため、効果もありません。 それは悪循環であることが判明しました。前者の場合、女性はより少ない子孫を産み、後者の場合、男性は信号の強度を下げることはできず、信号の強度を高めることもできません。

当然のことながら、男性も女性もお互いを奴隷にしようという悪意や願望はありません。 このプロセス全体は遺伝子レベルで行われ、個々のカップルの子孫の利益と種全体の幸福のみを目的としています。

研究成果

科学者たちは、数学的モデリングを使用して、性間の協力が発生する可能性のある条件を評価しました。 平均値による定量的特性 zf メスが子孫に大きく貢献したことを説明します。 最初は、平均値が最適値に発展することができます。 ゾプトこれは、投資からの利益 (生き残る子孫の数) とメスへの投資コスト (cf）。 後者の変数は繁殖後に評価され、一部のメスが生き残り、翌年再び子孫を残す可能性があり、結果として世代数が増加する可能性があることを意味します。

この研究全体で頻繁に使用される用語がいくつかあるので、少し説明しておくとよいでしょう。

• 信号 - ペアを組んで行われる、男性側の女性パートナーに対する注意の表れ（歌、踊り、その他の儀式）。
• 寄付 / 投資 - これらの信号に対するメスの反応は、クラッチ内のより多くの卵、将来の子孫の世話をするためのより多くの時間などの形で現れます。
• 回答者 - メスはオスからの信号に反応します。
• コスト — 子孫に対するメスの貢献の代償（巣にいる時間、餌を探す時間、卵の数の増減による健康状態など）。

新しい男性シグナルとそれに対する女性の応答は、自由に組み換えられるジアレル単一遺伝子座修飾子を使用してモデル化され、それによって定量的アプローチと集団遺伝的アプローチが組み合わせられました。 で 軌跡*、メスの反応を制御します (A)、最初は高頻度の対立遺伝子が観察されます -対応者* (A2)、既存の知覚に対応

軌跡* - 染色体の遺伝地図上の特定の遺伝子の位置。

対立遺伝子* - 相同染色体の同じ遺伝子座に位置する同じ遺伝子の異なる形態。 対立遺伝子は、特定の形質の発達経路を決定します。

レスポンダー遺伝子* (Rsp) は分離障害因子 (SD 遺伝子) と機能的に関連する遺伝子であり、その活性対立遺伝子 (Rsp+) は SD 発現を抑制することができます。

シグナル遺伝子座 (B) は、最初は非シグナル対立遺伝子 (B1) に固定されています。 次に、B2 対立遺伝子が導入され、男性シグナルが現れます。

男性向けのシグナルを表示することにも代償が伴います (sm) ですが、女性パートナー (A2) の寄与が値 α だけ増加します。 たとえば、α はクラッチ内の余分な卵として表現できます。 同時に、メスの貢献の増加は、メスが子孫に与えるプラスの影響という形で現れることもあります。

したがって、オスがシグナラー対立遺伝子を持ち、メスがレスポンダー対立遺伝子を持っているペア（つまり、A2B2ペア）は、メスからの追加の寄与があるため、他の3つの組み合わせよりも繁殖力が高くなります。

信号とそれに対する応答の比率に応じた男性と女性の組み合わせのバリエーション。

翌年に生殖するために生き残る子孫の数は、次の影響を受けます。 密度依存性* 雛内での影響と巣立ち後の雛密度への依存性。

密度依存性* 密度依存プロセスは、集団の成長率がその集団の密度によって制御される場合に発生します。

別の変数グループは、子孫の誕生後の雌と雄の死亡率に関連しています。 これらの変数は、子孫への貢献度によって決定されます (cm - 男性の貢献、 cf - 女性の貢献）、男性の信号コスト（sm) および非選択的死亡率 (dm - 男性と df - 女性）。

未亡人、未亡人、未成年者、および以前は独身だった個人が団結して新しいペアを形成し、年間サイクルが完了します。 研究中のモデルでは、遺伝的一夫一婦制に重点が置かれているため、あらゆる種類の性選択（つまり、パートナーをめぐる個体間の競争）は計算から除外されています。

シグナルの進化、回答者、貢献の関係。

モデリングの結果、オスがシグナルを出し、メスがそれに反応すると、安定したバランスが達成されることが示されました。 平衡状態では、子孫へのすべての寄与は、追加の雄シグナルが出現する前のレベルに回復します。

チャート上 А 上は、子孫に対する女性の貢献が最適レベルに戻る進化のダイナミクスの例を示しています。これは、貢献の量的形質の進化の結果です（緑の点線は実際の貢献、緑の実線はこれは、追加の男性シグナルに対する女性の反応が欠如しているために実現されなかった貢献です）。 チャート上で В 別の例として、男女間の対立により回答者が失われる場合が示されています。

そしてグラフ上では С この結果に影響を与える XNUMX つのパラメーターが特定されています。追加の信号によって引き起こされる寄与の増加 (α)、およびこの投資にかかるメスのコスト (cf）。 チャートの赤い領域では、コストが利益を上回るため、シグナルは増加しません。 黄色と黒の領域では信号の頻度が増加し、女性側の高価な投資の増加につながります。 黄色の領域では、これに対する反応が量的投資形質を低下させることによって発生し、シグナルと回答者の両方の対立遺伝子の永続的な固定につながります。 反応する女性がより多くの投資を誘発する黒人領域では、従来の性間対立のモデルと同様に、反応する対立遺伝子がすぐに失われ、その後シグナルが続きます（グラフ） В).

赤と黄色の領域の間の垂直境界は、メスがシグナル伝達のコストのバランスを取っているため、オスが子孫への追加投資を獲得するポイントを表しています。 黄色と黒の領域を赤から分離する水平方向の境界も同様の方法で発生しますが、その理由はそれほど明白ではありません。 女性の投資コストがかかる場合 (cf) が低い場合、寄与の最適値 (ゾプト) は比較的高いため、初期条件では女性の寄与が大幅に大きくなります。 この結果、シグナルが誘発する投資から男性に得られる利益は比例して少なくなり、これもコストによって相殺されます。

シグナルと応答が固定されているパラメーター空間 (黄色) は、選択の強さと応答者の対立遺伝子の遺伝的分散に応じて変化します。 たとえば、レスポンダーの初期対立遺伝子頻度が画像 #0.9 に示されている 0.99 ではなく 2 である場合、シグナルの導入によりレスポンダーの選択がより効果的に行われ (初期の遺伝的分散がより高く)、黒い領域が左側に拡大します。

オスのシグナルは、現在のひなへのオスの貢献を減らすコストを伴う場合でも発生する可能性があります（パラメータ化された）。 sfec）、それによって直接影響を与えます フィットネス* 男性の生存の可能性を低下させるのではなく、男性と女性の両方に影響を与えます。

フィットネス* - 特定の遺伝子型を持つ個体を再生産する能力。

繁殖コストとシグナルの関係 (左) と生存コストとシグナルの関係。

生殖能力の点では、雄のシグナルが固定されている場合（黄色の領域）、すべての雄はシグナル伝達前よりも子孫への投資が少なくなります。 この場合、メスの寄与はオスの信号が出現する前よりも大きくなります。

雄のコストが（生存能力ではなく）繁殖力によって規制されている場合、雌の投資が増加すると、つがいあたりの平均子孫数は増加しますが、完全には補いきれません。 時間の経過とともに、メスの寄与が大きくなると、巣立ちに達する子の平均数は増加しますが、メスの平均生存能力は減少します。 これにより、これら XNUMX つの力の間に新たなバランスが形成され、子孫の平均数が通常の生存率または初期状態 (シグナルの発現前) の場合よりも少なくなります。

数学的な観点から見ると、次のようになります。雄のシグナルが生殖能力を 1% 増加させると (ただし、生存率は増加しない)、子孫に対する雌のコストは 1.3% 増加しますが、同時に死亡率も 0.5 増加します。 %、ペアあたりの子孫の数は 0.16% 減少します。

女性の貢献の平均値が最初は最適レベルよりも低い場合（たとえば、環境の影響により）、コストの増加を刺激する信号が現れると、バランスのとれたシステムが生じます。 男女間の協力。 このような状況では、オスの信号はメスの子孫への貢献を高めるだけでなく、メスの適応度も高めます。

オスとメスのこのような行動は、外部の変化（気候、生息地、利用可能な食物の量など）によって最も頻繁に発生します。 これを考慮して、科学者らは、一部の現生種における一夫一婦制の形成は、その祖先が一夫多妻制であったのに対し、移住とそれに伴う環境の変化によるものであると示唆している。

研究のニュアンスをより詳しく知りたい場合は、以下を参照することをお勧めします。 科学者の報告 и 追加資料 彼に。

フィナーレ

この研究は、進化の観点から一夫多妻制と一夫一婦制の関係を実証しました。 鳥類の世界では、オスはメスの注意を引くために常にお互いを出し抜こうとしてきました。鮮やかな羽毛を着たり、美しいダンスを踊ったり、さらには自分たちの建築能力を誇示したりすることさえありました。 この行動はオス間の競争によるもので、これはほとんどの場合一夫多妻制の種に特徴的です。 メスの観点から見ると、これらすべての信号により、共通の子孫に受け継がれるオスの資質を評価することが可能になります。 しかし、時間が経つにつれて、オスは自分たちの信号が競合他社の信号よりも明るくなるように進化し始めました。 一方、メスはそのような信号に抵抗するように進化してきました。 結局のところ、常にバランスが必要です。 メスが子孫にかかるコストが利益に不釣り合いであれば、コストを増やす意味はありません。 3 個の卵を産み、卵を守ろうとして死ぬよりも、XNUMX 個の卵を産み、孵化して子孫を育てるプロセスを生き残る方が良いです。

このような性間の利益相反は、人口の壊滅的な減少につながる可能性がありますが、進化はより賢明な道、つまり協力の道をたどりました。 一夫一婦制のペアでは、オスは自分の栄光を最大限に表現し続け、メスはこれに応答して子孫に最適な貢献をします。

不思議なことに、野生動物の世界には道徳的原則、法律、規範が課せられておらず、すべての行動は進化、遺伝学、そして生殖への渇望によって決定されています。

おそらくロマンチストにとって、翼のある愛のそのような科学的説明は平凡すぎるように思えるかもしれませんが、科学者たちはそうではないと考えています。 結局のところ、女性と男性の間にバランスと真のパートナーシップがあり、双方の利益を考慮し、将来の世代の利益を目指して進化すること以上に美しいことはありません。

金曜日のオフトップ:

これらの鳥にはカイツブリという美しい名前はありませんが、再会のダンスはただただ美しいです。

オフトップ 2.0:

極楽鳥は、営巣期にオスがメスに送るさまざまな信号の（文字通り）代表的な例です（BBC Earth、デビッド・アッテンボローによるナレーション）。

ご視聴いただきありがとうございます。好奇心を持ち続けて、皆さん素晴らしい週末をお過ごしください。 🙂

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出所： habr.com