Генетика на љубовта: интерсексуален конфликт како основа за соработка во парови моногамни птици

Врската меѓу партнерите, исполнета со грижа, знаци на внимание и емпатија, поетите ја нарекуваат љубов, но биолозите ја нарекуваат меѓусексуални односи насочени кон преживување и размножување. Некои видови претпочитаат да земаат број - да се размножуваат со што е можно повеќе партнери за да го зголемат бројот на потомци, а со тоа да ги зголемат шансите за преживување на целиот вид. Други создаваат моногамни парови, кои можат да престанат да постојат само по смртта на еден од партнерите. Многу години, научниците веруваа дека првата опција е многу попрофитабилна, но тоа не е сосема точно. Моногамните парови по правило заедно го одгледуваат потомството, т.е. заштити го од предатори, набави храна и научи го на одредени вештини, додека во полигамните врски сето тоа најчесто паѓа на кревките раменици на женките. Се разбира, постојат исклучоци, но денес не зборуваме за нив. Биолозите долго време се заинтересирани за уште една интересна точка - мажјаците продолжуваат да покажуваат знаци на внимание кон женките, дури и кога нивниот пар е веќе формиран и постои веќе неколку години. Што го предизвикува ова однесување, која е користа од тоа и кои еволутивни аспекти се поврзани со него? Одговорите на овие прашања ќе ги најдеме во извештајот на истражувачката група. Оди.

Истражувачка основа

Со оглед на темата на студијата, нема да се фокусираме на полигамните видови птици, туку ќе се фокусираме на романтичарите со пердуви кои се заљубуваат еднаш засекогаш.

Зборувајќи за моногамијата, вреди да се напомене дека има неколку видови во зависност од времетраењето: една сезона, неколку години и доживотно.

Меѓу птиците, најчеста е сезонската моногамија. Впечатлив пример би биле дивите гуски. Женките се вклучени во гнездење и инкубирање на јајца, а мажјакот е одговорен за заштита на територијата. Вториот ден по шрафирањето, семејството оди до најблиското езерце, каде што младенците учат да бараат храна за себе. Во случај на опасност по водата, женката жестоко го штити потомството, но мажјакот, очигледно сеќавајќи се на важни работи, најчесто бега. Не е најидеалната врска, без разлика како гледате на неа.

Семејство на диви гуски.

Ако зборуваме за врски, чија основа е постојаност, тогаш штрковите се најдобри во ова прашање. Тие создаваат моногамна двојка доживотно и дури не го менуваат местото на живеење освен ако е апсолутно неопходно. Едно гнездо на штркови, кое може да тежи до 250 кг и да достигне дијаметар од 1.5 m, им служи многу години доколку природните катастрофи или човечката интервенција не го уништат. Во Чешка има гнездо кое е создадено далечната 1864 година.

Градежните вештини на штрковите не треба да се ценат кога ќе видите такви структури.

За разлика од дивите гуски, штрковите имаат еднакви одговорности: двајцата партнери изведуваат јајца, бараат храна, ги учат потомците да летаат и ги штитат од опасности. Различни видови ритуали играат важна улога во односите со штркот: пеење, танцување итн. Најљубопитно е што овие ритуали се изведуваат не само за време на формирањето на двојка (на првиот состанок), туку и во текот на целиот нивен живот заедно (дури и кога ја заменуваат женката за време на инкубацијата, мажјакот изведува мал танц). Нам ова ни изгледа многу слатко, романтично и сосема нелогично, бидејќи од биолошка гледна точка нема никаква корист од таквото однесување. Така е? И тука можеме непречено да почнеме да ја разгледуваме самата студија, која требаше да одговори на ова прашање.

Етолози* Тие веруваат дека постојаното манифестирање на нивните чувства кај мажите е поврзано со зачувување на репродуктивната состојба кај женките.

Етологија* - наука која го проучува генетски определеното однесување, т.е. инстинкти.

Во исто време, останува нејасно зошто ваквото однесување трае не само во периодот на примарното парење, туку и во текот на целиот живот, бидејќи би било пологично мажјаците да вложат повеќе сила и енергија во своето потомство, наместо да покажат чувства кон женски. Досега, многу истражувачи веруваа дека интензитетот на изразување на наклонетост кон женката директно влијае на квалитетот на парењето и, според тоа, на потомството (т.е. бројот на спуштени јајца).

Машка рајска птица танцува пред женка. Како што можеме да видиме, мажјакот изгледа многу посветол од женката.

Оваа теорија е потврдена со набљудувања. Жена чиј партнер е непишан убав маж и првиот летач во селото вложува повеќе труд за нејзиното потомство отколку ако мажјакот не е ниту риба ниту птици. Звучи забавно и смешно, но ритуалите што мажјаците ги изведуваат пред женките имаат за цел да покажат не само убавина, туку и сила. Се случува светлиот пердув, убавото пеење и другите манифестации на внимание од мажјаците да се само когнитивни сигнали за женките, кои таа ги декодира во информации за мажјакот.

Научниците од универзитетите во Северна Каролина и Чикаго, чија работа ја разгледуваме денес, веруваат дека ваквото однесување на мажјаците е насочено кон оптимизирање на однесувањето на женките во однос на процесот на размножување на потомството.

Моделот предложен од научниците се заснова на бројни експерименти кои покажаа дека зајакнувањето на овие сигнали од мажјаците го зголемува придонесот на женките во процесот на размножување. Се претпоставува дека изворот на таквите стимулативни ефекти се перцептивните одговори кои произлегуваат од својствата на околината, сигналите и самиот нервен систем. Во моментов се познати околу 100 примери на такви „отстапувања“ од обичните сензорни системи (слух, вид и мирис).

Кога мажјакот уште еднаш ќе ги покаже своите предности во однос на другите мажјаци, тоа може да има позитивен ефект врз самиот мажјак (женката дефинитивно ќе го избере него). Но, за женката ова може да биде неповолна положба, бидејќи ќе го намали идниот репродуктивен аутпут. Со други зборови, имаме ситуација со „надминување на очекувањата“. Мажјак кој е значително подобар од другите мажјаци и постојано покажува знаци на интерес за женката ќе го добие она што го сака - парење и размножување, поточно својот вид. Жената која очекува слично однесување од другите мажи, но не го прима, може да се најде во тешка ситуација. Научниците го нарекуваат таков случај како интерсексуален конфликт: демонстрацијата на мажите како убави се зголемува кај населението, а отпорот кон оваа тактика расте кај жените.

Овој конфликт беше моделиран со помош на пресметковен пристап (невронски мрежи). Во добиените модели, сигнализаторот (извор на сигнал - маж) ја користи перцептивната перцепција на приемникот (приемник на сигнал - женски), што ги стимулира самите сигнали на штета на перцепцијата. Во одреден момент, се јавува промена во перцепцијата на сигналите кај популацијата на жени (еден вид мутација), како резултат на што силата на сигналите од изворот (машки) значително ќе се намали. Постепеното зголемување на таквите промени ќе доведе до фактот дека еден или друг вид сигнал ќе биде целосно неефикасен. Како што се случуваат такви промени, некои сигнали исчезнуваат, губејќи ја својата сила, но се појавуваат нови, а процесот започнува одново.

Овој многу изопачен систем е прилично едноставен во пракса. Замислете дека мажјакот се појавува со светло пердув (само еден), тој се издвојува од другите, а женките му даваат предност. Потоа се појавува мажјак со две светли пердуви, потоа со три итн. Но, силата на таков сигнал, поради неговиот раст и ширење, почнува пропорционално да паѓа. И тогаш одеднаш се појавува мажјак кој може убаво да пее и да гради гнезда. Како резултат на тоа, убавиот пердув како сигнал престанува да биде ефективен и почнува да се дегенерира.

Сепак, секогаш постои исклучок од правилото - некои меѓуродови конфликти може да се развијат во полноправна и многу ефикасна меѓуродова соработка.

Шема на појава на меѓуродови конфликти и меѓуродова соработка.

Заклучокот е дека мажјакот со поизразен сигнал ја принудува женката да снесе не три јајца, туку четири. Ова е добро за мажјакот - тој ќе има повеќе потомци со својот генски фонд. За женката, не толку, затоа што ќе мора да потроши повеќе напор за да се осигура дека сите потомци ќе преживеат и ќе достигнат независна возраст. Следствено, женките почнуваат да се развиваат паралелно со мажјаците за да бидат поотпорни на нивните сигнали. Резултатот може да биде два начина: конфликт или соработка.

Во случај на соработка, женките еволуираат за да снесат 3 јајца, како пред појавата на посилен сигнал од мажјаците, но продолжуваат да реагираат на овие сигнали. Толку од женските трикови во природниот свет. На овој начин не се формира само двојка, туку двојка која меѓусебно се поддржува на оптимално ниво за размножување од гледна точка на интеракција сигнал-одговор.

Мажјаците не можат да еволуираат назад, грубо кажано. Нивните засилени сигнали до женките произведуваат спојка од три јајца, т.е. не како што се очекуваше. Сепак, намалувањето на сигналот на претходното ниво исто така ќе биде неефикасно, бидејќи ќе доведе до намалување на бројот на јајца во спојката на две. Излегува дека е маѓепсан круг - мажјаците не можат да ја намалат јачината на сигналот и не можат да го зголемат, бидејќи женките во првиот случај ќе раѓаат помалку потомци, а во вториот случај нема да одговорат.

Нормално, ниту мажјаците ниту женките немаат никаква злонамерна намера или желба да си робуваат едни со други. Целиот овој процес се одвива на генетско ниво и е насочен исклучиво во корист на потомството на поединечна двојка и благосостојбата на видот како целина.

Резултати од истражувањето

Користејќи математичко моделирање, научниците ги процениле условите под кои може да дојде до меѓусексуална соработка. Квантитативна карактеристика со просечна вредност zf го опишува главниот придонес на жената за нејзиното потомство. Првично, просечната вредност е дозволено да се развие до нејзината оптимална вредност зопт, што зависи од две варијабли: користа од инвестицијата (бројот на преживеаните потомци) и цената на инвестицијата за жените (cf). Последната променлива се проценува по размножувањето, што имплицира дека некои женки преживуваат и може повторно да дадат потомство следната година, што резултира со зголемување на бројот на генерации.

Постојат неколку термини кои ќе се користат често во текот на оваа студија, а кои вреди да се објаснат малку:

• сигнали - манифестација на внимание од страна на машките кон партнерките (пеење, танцување и други ритуали) кои се одвиваат во формирани парови;
• придонес / инвестиции - одговорот на женките на овие сигнали, манифестиран во форма на поголем број јајца во спојката, повеќе време за грижа за идните потомци итн.;
• испитаник - жена која реагира на сигнали од мажјакот;
• трошоци — трошоците за придонесот на женките за потомството (време во гнездо, време за барање храна, здравствена состојба поради поголем/помал број на јајца во спојката итн.).

Новите машки сигнали и женските одговори на нив беа моделирани со користење на слободно рекомбинирани дијалелни модификатори со еден локус, а со тоа комбинирајќи ги квантитативните и популациските генетски пристапи. ВО локус*, кој го контролира одговорот на женката (А), првично се забележува висока фреквенција на алелот -одговор * (А2), што одговара на веќе постоечка перцептивна перцепција

Локус* - локацијата на одреден ген на генетската карта на хромозомот.

Алели * - различни форми на ист ген лоцирани во исти локуси на хомологни хромозоми. Алелите го одредуваат патот на развојот на одредена особина.

одговорен ген * (Rsp) е ген функционално поврзан со факторот на нарушување на сегрегацијата (SD ген), чиј активен алел (Rsp+) е способен да ја потисне SD експресијата.

Локусот на сигналот (B) првично е фиксиран на несигналниот алел (B1). Потоа се воведува алелот Б2, што предизвикува појава на машки сигнали.

Прикажувањето сигнали за мажи, исто така, има своја цена (sm), но го зголемува придонесот на женскиот партнер (А2) за вредноста α. На пример, α може да се изрази како дополнително јајце во спојката. Во исто време, зголемувањето на придонесот на женката може да се манифестира и во форма на позитивните ефекти што таа ги има врз нејзиното потомство.

Затоа, парот во кој мажјакот го носи алелот на сигнализацијата, а женката го носи одговорниот алел (т.е. A2B2 парови) има дополнителен придонес од женката и затоа поголема плодност од другите 3 комбинации.

Варијанти на комбинации на мажи и жени според односот на сигналите и одговорите на нив.

Бројот на потомци кои преживеале за да се размножуваат следната година е под влијание на зависност од густина * во рамките на потомството и зависност од густината на потомството по бегството.

Зависност од густина* Процесите зависни од густината се случуваат кога стапката на раст на популацијата е регулирана со густината на таа популација.

Друга група на променливи е поврзана со смртноста на женките и мажите по раѓањето на потомството. Овие променливи се одредени со придонесот за потомството (cm - придонес од машки пол, cf - придонес на жени), трошоци за сигнали за мажи (sm) и неселективна смртност (dm - машки и df - женски).

Вдовиците, вдовците, малолетниците и сите претходно самци се обединуваат за да формираат нови парови и годишниот циклус е завршен. Во моделот што се проучува, акцентот е ставен на генетската моногамија, затоа сите видови на сексуална селекција (т.е. конкуренција меѓу поединци за партнер) се исклучени од пресметките.

Односот помеѓу еволуцијата на сигналите, испитаниците и придонесите.

Моделирањето покажа дека стабилна рамнотежа се постигнува кога мажјаците даваат сигнали, а женките одговараат на нив. При рамнотежа, целиот придонес кон потомството е вратен на нивото што беше пред појавата на дополнителни машки сигнали.

На табелата А Горенаведеното покажува пример на еволутивна динамика каде женскиот придонес кон потомството се враќа на оптимално ниво, што е резултат на еволуцијата на квантитативната карактеристика на придонесот (зелената линија со точки е вистинскиот придонес, а цврстата зелена линија е придонесот што не беше реализиран поради недостаток на женски одговор на дополнителни машки сигнали). На табелата В Алтернативен пример е прикажан кога меѓуродовиот конфликт доведува до губење на испитаник.

И на графиконот С Идентификувани се два параметри кои влијаат на овој резултат: зголемување на придонесот предизвикан од дополнителни сигнали (α), и цената на жените за оваа инвестиција (cf). Во црвената област на табелата, сигналите никогаш не се зголемуваат, бидејќи нивната цена ќе ја надмине користа. Во жолто-црните области, фреквенцијата на сигнали се зголемува, што доведува до зголемување на скапите инвестиции од страна на жените. Во жолтата област, одговорот на ова се случува со намалување на квантитативната инвестициска особина, што доведува до трајно фиксирање на алели и на сигналите и на испитаниците. Во црниот регион, каде што жените кои реагираат имаат повеќе индуцирани инвестиции, одговорниот алел брзо се губи, проследен со сигнали, како во традиционалните модели на интерсексуален конфликт (графикон В).

Вертикалната граница помеѓу црвениот и жолтиот регион ја претставува точката во која мажјаците добиваат дополнителни инвестиции во потомството поради тоа што женките ги балансираат трошоците за нивната сигнализација. Хоризонталната граница што ги одвојува жолтите и црните области од црвената се јавува на сличен начин, но од помалку очигледна причина. Кога инвестициските трошоци на жените (cf) се ниски, тогаш оптималната вредност на придонесот (зопт) ќе биде релативно висок, па оттука и женскиот придонес ќе биде значително поголем во почетните услови. Последица на ова е што сигналите му обезбедуваат на мажјакот пропорционално помала корист од инвестицијата што ја предизвикува, што повторно се компензира со неговите трошоци.

Параметарскиот простор, во кој сигналите и одговорите се фиксирани (жолта), варира во зависност од јачината на селекцијата и генетската варијанса на алелот на испитаникот. На пример, кога почетната алелна фреквенција на одговорниот одговор е 0.9 наместо 0.99 прикажана на сликата #2, воведувањето сигнали резултира со поефективен избор на одговорните (почетната генетска варијанса е поголема) и црниот регион се шири налево.

Машки сигнали може да се појават дури и ако доаѓаат со трошок што го намалува придонесот на мажјакот за сегашното потомство (параметриизирано сфек), со што директно влијае фитнес* и машки и женски, наместо да се намали веројатноста за преживување на мажјакот.

Фитнес* - способност за репродукција на поединци со одреден генотип.

Односот помеѓу трошоците за плодност и сигналите (лево) и односот помеѓу трошоците за одржливост и сигналите.

Во однос на плодноста, кога машките сигнали се фиксирани (жолта површина), сите мажјаци инвестираат помалку во потомството отколку пред да сигнализираат. Во овој случај, придонесот на женките ќе биде поголем отколку што беше пред појавата на машки сигнали.

Поголемата женска инвестиција, кога машките трошоци се регулирани со плодноста (наместо одржливоста), го зголемува просечниот број на потомци по пар, но не го компензира целосно. Со текот на времето, поголемиот придонес на жените го зголемува просечниот број на потомци кои достигнуваат младенчиња, но ја намалува просечната одржливост на жените. Ова доведува до формирање на нова рамнотежа помеѓу овие две сили, каде што просечниот број на потомци е помал отколку во случај на нормална одржливост или во почетните услови (пред манифестацијата на сигналите).

Од математичка гледна точка, тоа изгледа вака: ако машките сигнали ја зголемуваат плодноста за 1% (но не ја зголемуваат одржливоста), тогаш трошоците за потомство на жените се зголемуваат за 1.3%, но во исто време нивната смртност исто така се зголемува за 0.5 %, а бројот на потомци по пар се намалува за 0.16%.

Ако просечната вредност на женскиот придонес е првично помала од оптималното ниво (на пример, поради влијанија од околината), тогаш кога се манифестираат сигнали кои го стимулираат растот на трошоците, се јавува избалансиран систем, т.е. меѓуродова соработка. Во таква ситуација, машките сигнали не само што го зголемуваат придонесот на жените за потомството, туку и нивната кондиција.

Ваквото однесување на мажјаците и женките најчесто се јавува поради надворешни промени (клима, живеалиште, количина на достапна храна и сл.). Со оглед на ова, научниците сугерираат дека формирањето на моногамија кај некои современи видови, додека нивните предци биле полигамни, се должи на миграција и, соодветно, на промена на околината.

За подетално запознавање со нијансите на студијата, препорачувам да погледнете известуваат научниците и Дополнителни материјали до него.

Епилог

Оваа студија ја покажа врската помеѓу полигамијата и моногамијата од еволутивна перспектива. Во царството на птиците, мажјаците отсекогаш се обидувале да се надминат едни со други за да го привлечат вниманието на женката: со светли пердуви, прекрасен танц или дури и со демонстрација на нивните градежни способности. Ваквото однесување се должи на конкуренцијата меѓу мажјаците, што е најчесто карактеристично за полигамните видови. Од перспектива на женките, сите овие сигнали овозможуваат да се проценат квалитетите на мажјакот што ќе ги наследи нивното заедничко потомство. Меѓутоа, со текот на времето, мажјаците почнаа да се развиваат на таков начин што нивните сигнали беа посветли од оние на нивните конкуренти. Женките, пак, еволуирале за да се спротивстават на таквите сигнали. На крајот на краиштата, секогаш мора да постои рамнотежа. Ако трошоците на жените за потомство се непропорционални со придобивките, тогаш нема смисла да се зголемуваат трошоците. Подобро е да сложиш спојка од 3 јајца и да го преживееш процесот на инкубирање и одгледување потомци отколку да одложиш пет и да умреш обидувајќи се да ги заштитиш.

Ваквиот интерсексуален конфликт на интереси може да доведе до катастрофален пад на населението, но еволуцијата тргна по разумен пат - по патот на соработката. Во моногамни парови, мажјаците продолжуваат да се изразуваат во сета своја слава, а женките реагираат на ова со оптимален придонес за потомството.

Интересно е што светот на дивите животни не е оптоварен со морални принципи, закони и норми, а сите дејства се детерминирани од еволуцијата, генетиката и жедта за размножување.

Можеби за романтичарите таквото научно објаснување за крилеста љубов ќе изгледа премногу прозаично, но научниците мислат поинаку. На крајот на краиштата, што може да биде поубаво од тоа да еволуирате на таков начин што ќе има рамнотежа и вистинско партнерство помеѓу женката и мажот, земајќи ги предвид интересите на двете страни и насочени кон корист на идните генерации.

Петок надвор од врвот:

Иако овие птици го немаат најубавото име (Гребс), нивниот танц за повторно обединување е едноставно прекрасен.

Off-top 2.0:

Рајските птици се одличен пример (буквално) за разновидните сигнали што мажјаците им ги испраќаат на женките за време на сезоната на гнездење (BBC Earth, глас од Дејвид Атенборо).

Ви благодариме за читањето, останете љубопитни и имајте одличен викенд момци! 🙂

Ви благодариме што останавте со нас. Дали ви се допаѓаат нашите написи? Сакате да видите поинтересна содржина? Поддржете не со нарачка или препорака на пријатели, 30% попуст за корисниците на Habr на уникатен аналог на сервери на почетно ниво, кој го измисливме ние за вас: Целата вистина за VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 јадра) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps од 20 долари или како да споделите сервер? (достапен со RAID1 и RAID10, до 24 јадра и до 40 GB DDR4).

Dell R730xd 2 пати поевтин? Само овде 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 телевизор од 199 долари во Холандија! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - од 99 долари! Прочитајте за Како да се изгради инфраструктурна корп. класа со употреба на сервери Dell R730xd E5-2650 v4 вредни 9000 евра за денар?

Извор: www.habr.com