Relacje między partnerami, wypełnione troską, oznakami uwagi i empatią, poeci nazywają miłością, natomiast biolodzy — międzygatunkowym związkiem mającym na celu przetrwanie i kontynuację gatunku. Niektóre gatunki wolą mnożyć się, przyjmując strategię wielożeństwa, starając się polepszyć szanse na przetrwanie swojego gatunku poprzez zwiększenie liczby potomstwa. Inne tworzą pary monogamiczne, które mogą zakończyć swoje istnienie tylko po śmierci jednego z partnerów. Przez wiele lat naukowcy uważali, że pierwszy wariant jest znacznie korzystniejszy, ale nie jest to do końca prawda. Pary monogamiczne zazwyczaj wspólnie wychowują potomstwo, czyli chronią je przed drapieżnikami, pozyskują pokarm i uczą pewnym umiejętnościom, podczas gdy w relacjach poligamicznych często wszystko to spoczywa na kruchych barkach samic. Oczywiście, zdarzają się wyjątki, ale dziś nie o nich mowa. Biolodzy przez długi czas interesowali się innym interesującym aspektem — samce nadal okazują oznaki uwagi wobec samic, nawet gdy ich para została już ustalona i istnieje od kilku lat. Co powoduje takie zachowanie, jakie są korzyści z tego i jakie aspekty ewolucyjne są z tym związane? Na te pytania znajdziemy odpowiedzi w raporcie grupy badawczej. Zaczynajmy.
Podstawa badania
Biorąc pod uwagę temat badania, nie będziemy koncentrować się na poligamicznych gatunkach ptaków, a skupimy się na ptakach romantykach, które zakochują się raz na zawsze.
Mówiąc o monogamii, warto zauważyć, że istnieje kilka jej rodzajów w zależności od czasu trwania: jeden sezon, kilka lat i na całe życie.
Wśród ptaków najczęściej występującą formą jest monogamia sezonowa. Żywe przykłady to dzikie gęsi. Samice zajmują się gniazdem i wysiadywaniem jaj, a samiec ochroną terytorium. Drugiego dnia po wykluciu rodzina udaje się do najbliższego zbiornika wodnego, gdzie gąsięta uczą się poszukiwania pokarmu. W przypadku niebezpieczeństwa, które zagraża im na wodzie, samica energicznie broni potomstwa, podczas gdy samiec, pamiętając o ważnych sprawach, najczęściej ratuje się ucieczką. Nie są to idealne relacje, delikatnie mówiąc.
Rodzina dzikich gęsi.
Jeśli mówimy o relacjach opartych na stałości, bociany są w tej kwestii najlepsze. Tworzą monogamiczną parę na całe życie i nawet miejsca zamieszkania nie zmieniają bez szczególnej potrzeby. Jedno gniazdo bocianów, które może ważyć do 250 kg i mieć średnicę do 1,5 m, służy im przez wiele lat, jeśli nie zniszczą go kataklizmy naturalne lub ingerencja człowieka. W Czechach znajduje się gniazdo, które zostało zbudowane już w 1864 roku.
Umiejętności budowlane bocianów nie wymagają oceny, gdy widzisz takie konstrukcje.
W przeciwieństwie do dzikich gęsi, w bocianach panuje równość obowiązków: oboje partnerzy wysiadują jaja, szukają pożywienia, uczą potomstwo latać i bronią go przed niebezpieczeństwami. Ważną rolę w relacjach bocianów odgrywają różnego rodzaju rytuały: śpiewy, tańce itp. Najciekawsze jest to, że rytuały te odbywają się nie tylko w okresie formowania pary (na pierwszej randce), ale także przez całe wspólne życie (nawet zmieniając samicę w trakcie wysiadywania, samiec wykonuje mały taniec). Dla nas wygląda to bardzo uroczo, romantycznie i zupełnie nielogicznie, ponieważ z biologicznego punktu widzenia takie zachowanie nie przynosi żadnych korzyści. Czyż nie? I tutaj możemy płynnie przejść do rozważania samego badania, które miało odpowiedzieć na to pytanie.
Etnolodzy* uważają, że stałe okazywanie uczuć przez samców jest związane z zachowaniem u samic stanu reprodukcyjnego.
Etnologia* to nauka badająca genetycznie uwarunkowane zachowanie, tj. instynkty.
Jednocześnie pozostaje niejasne, dlaczego takie zachowanie trwa nie tylko w okresie wstępnego parzenia, ale przez całe życie, ponieważ samcom logiczniej byłoby inwestować więcej sił i energii w potomstwo, a nie w okazywanie uczuć do samicy. Do dziś wielu badaczy uważało, że intensywność wyrażania przywiązania do samicy ma bezpośredni wpływ na jakość kopulacji, a tym samym potomstwa (tj. liczba złożonych jaj).
Samiec jednego z gatunków rajskich ptaków tańczy przed samicą. Jak widzimy, samiec wygląda znacznie jaśniej niż samica.
Ta teoria jest potwierdzona obserwacjami. Samica, której partner jest niepisanym przystojniakiem i pierwszym lotnikiem na wsi, wkłada więcej wysiłku w potomstwo niż w przypadku samca, który jest nijaki. Brzmi zabawnie i śmiesznie, ale rytuały, które samce przeprowadzają przed samicami, mają na celu pokazanie nie tylko urody, ale także siły. Tak się składa, że jaskrawe upierzenie, piękne śpiewy i inne przejawy zainteresowania ze strony samców są dla samic jedynie sygnałami kognitywnymi, które odkodowuje jako informacje o samcu.
Naukowcy z uniwersytetów w Karolinie Północnej i Chicago, których pracę dziś omawiamy, uważają, że takie zachowanie samców ma na celu optymalizację zachowania samic w odniesieniu do procesu wydawania potomstwa.
Model zaproponowany przez naukowców oparty jest na licznych eksperymentach, które pokazały, że intensyfikacja tych sygnałów ze strony samców zwiększa wkład samic w proces kontynuacji gatunku. Sugeruje się, że źródłem takich stymulujących efektów są percepcyjne odpowiedzi wynikające z właściwości otoczenia, sygnałów oraz samego systemu nerwowego. Obecnie znanych jest około 100 przykładów takich „odchyleń” od zwykłych systemów sensorycznych (słuch, wzrok i zapach).
Kiedy samiec po raz kolejny demonstruje swoje zalety przed innymi samcami, może to pozytywnie wpłynąć na samego samca (samica na pewno go wybierze). Ale dla samicy może to być minusem, ponieważ zmniejszy przyszłą realizację reprodukcyjną. Innymi słowy, mamy do czynienia z sytuacją „przewyższenia oczekiwań”. Samiec, który jest znacznie lepszy od innych samców i stale okazuje zainteresowanie samicą, otrzyma to, czego pragnie — kopulację i kontynuację swojego gatunku. Samica, która oczekuje podobnego zachowania od innych samców, ale go nie otrzymała, może znaleźć się w opłakanej sytuacji. Taki przypadek jest przez naukowców określany jako konflikt między płciami: demonstrowanie przez samców swojego piękna zwiększa się w populacji, a u samic rośnie opór wobec tej taktyki.
Ten konflikt został modelowany przy użyciu podejścia obliczeniowego (sieci neuronowe). W uzyskanych modelach sygnalizator (źródło sygnału — samiec) wykorzystuje percepcyjne postrzeganie odbiorcy (odbiorca sygnału — samica), co stymuluje same sygnały kosztem percepcji. W pewnym momencie następuje zmiana postrzegania sygnałów w populacji samic (swojego rodzaju mutacja), co znacznie osłabia siłę sygnałów źródła (samca). Stopniowe narastanie takich zmian doprowadzi do tego, że dany typ sygnału stanie się całkowicie nieskuteczny. W miarę zachodzenia tych zmian niektóre sygnały znikają, tracąc swoją moc, ale pojawiają się nowe, a proces zaczyna się od nowa.
Ten złożony system jest w praktyce dość prosty. Wyobraź sobie, że pojawia się samiec z jaskrawym piórem (jednym jedynym), który wyróżnia się na tle innych, a samice preferują właśnie jego. Potem pojawia się samiec z dwoma jaskrawymi piórkami, potem z trzema itd. Ale siła podobnego sygnału, z uwagi na jego wzrost i rozpowszechnienie, zaczyna proporcjonalnie spadać. I wtedy nagle pojawia się samiec, który potrafi pięknie śpiewać i budować gniazda. W rezultacie piękne upierzenie jako sygnał przestaje być skuteczne i zaczyna ewoluować.
Jednak zawsze istnieje wyjątek od reguły — niektóre międzygatunkowe konflikty mogą przerodzić się w pełnoprawną i bardzo efektywną współpracę między płciami.
Schemat powstawania konfliktu między płciami i współpracy między płciami.
Esencja polega na tym, że samiec z bardziej wyraźnym sygnałem zmusza samicę do zniesienia nie trzech, a czterech jaj. Dla samca to dobrze — będzie miał więcej potomstwa z jego genotypem. Dla samicy — niekoniecznie, ponieważ będzie musiała poświęcić więcej energii, aby całe potomstwo przeżyło i osiągnęło wiek niezależności. W związku z tym samice zaczynają rozwijać się równolegle do samców, aby stać się bardziej odporne na ich sygnały. W rezultacie mogą być dwie ścieżki: konflikt lub współpraca.
W przypadku współpracy samice ewoluują w taki sposób, aby składać 3 jaja, jak przed pojawieniem się silniejszych sygnałów ze strony samców, ale wciąż reagują na te sygnały. Oto kobiece sztuczki w świecie natury. Tworzy się więc nie tylko para, ale para, która wzajemnie wspiera się na optymalnym poziomie dla kontynuacji gatunku z perspektywy interakcji sygnał-odpowiedź.
Samce zaś nie mogą ewoluować wstecz, mówiąc wprost. Ich wzmocnione sygnały do samic przynoszą rezultaty w postaci zniesienia trzech jaj, co nie jest zgodne z očekiwaniami. Jednakże zmniejszenie sygnału do poprzedniego poziomu również okaże się nieefektywne, ponieważ doprowadzi do zmniejszenia liczby jaj w zniesieniu do dwóch. Powstaje więc błędne koło — samce nie mogą zmniejszyć siły sygnału i nie mogą jej zwiększyć, ponieważ w pierwszym przypadku samice będą miały mniej potomstwa, a w drugim — nie będą reagować.
Naturalnie, ani samce, ani samice nie mają żadnego złego zamiaru ani chęci zniewolenia siebie nawzajem. Cały ten proces odbywa się na poziomie genetycznym i ma na celu wyłącznie dobro potomstwa danej pary oraz dobrobyt gatunku jako całości.
Wyniki badania
Korzystając z modelowania matematycznego, naukowcy oszacowali warunki, w których może powstać współpraca między płciami. Ilościowa charakterystyka o średniej wartości zf opisuje podstawowy wkład samicy w jej potomstwo. Początkowo średniej wartości zezwala się na rozwój do wartości optymalnej zopt, która zależy od dwóch zmiennych: korzyści z wkładu (liczba przetrwałych potomków) oraz kosztu wkładu dla samic (cf). Ostatnia zmienna jest oceniana po rozmnażaniu, zakładając, że część samic przeżywa i może w kolejnym roku ponownie wytworzyć potomstwo, co prowadzi do zwiększenia liczby pokoleń.
W niniejszym badaniu często będą pojawiać się różne terminy, które warto trochę wyjaśnić:
- sygnały — przejaw uwagi ze strony samców w kierunku partnerek-samic (śpiew, tańce i inne rytuały), które mają miejsce w uformowanych parach;
- wkład / inwestycje — odpowiedź samic na te sygnały, przejawiająca się w postaci większej liczby jaj w zniesieniu, większej ilości czasu poświęconego opiece nad przyszłym potomstwem itp.;
- respondent — samica reagująca na sygnały samca;
- koszty — koszt wkładu samic w potomstwo (czas w gnieździe, czas na poszukiwanie pożywienia, stan zdrowia w związku z większą/mniejszą liczbą jaj w zniesieniu itd.).
Nowe sygnały samców i reakcje samic na nie były modelowane za pomocą swobodnie rekombinujących diallelicznych jedno-lokusowych modyfikatorów, łącząc w ten sposób podejścia ilościowe i populacyjne genetyki. W lokusie*, który kontroluje odpowiedź samicy (A), początkowo obserwuje się wysoką częstość allelu-respondenta* (A2), odpowiadającego wcześniej istniejącemu percepcyjnemu postrzeganiu
Lokus* — lokalizacja określonego genu na mapie genetycznej chromosomu.
Allele* — różne formy tego samego genu, zlokalizowane w tych samych lokusach homologicznych chromosomów. Allele determinują drogę rozwoju konkretnej cechy.
Gen-respondent* (Rsp) — gen funkcjonalnie związany z czynnikiem zakłócającym segregację (gen SD), aktywny allel którego (Rsp+) jest zdolny do tłumienia ekspresji SD.
Lokus sygnału (B) jest początkowo ustalony dla allelu bez sygnału (B1). Następnie wprowadzany jest allel B2, który wywołuje pojawienie się sygnałów ze strony samców.
Wytrącanie sygnałów przez samców ma również swoją cenę (sm), ale zwiększa wkład partnera-samicy (A2) o wartość α. Na przykład, α może być wyrażone jako dodatkowe jajko w zniesieniu. Przy tym zwiększenie wkładu samicy może objawiać się również w postaci tych pozytywnych efektów, które wywiera ona na swoje potomstwo.
W związku z tym para, w której samiec nosi allel sygnalizujący, a samica nosi allel respondenta (tj. pary A2B2), ma dodatkowy wkład ze strony samicy i, w związku z tym, wyższą płodność niż pozostałe 3 kombinacje.
Opcje kombinacji samców i samic w odniesieniu do sygnałów i odpowiedzi na nie.
Na liczbę potomków, które przetrwają do rozmnażania w przyszłym roku, wpływa zależność od gęstości* wewnątrz lęgu i zależność od gęstości lęgu po opierzeniu.
Zależność od gęstości* — procesy zależne od gęstości zachodzą, gdy tempo wzrostu populacji jest regulowane gęstością tej populacji.
Inna grupa zmiennych jest związana ze śmiertelnością samic i samców po wydaniu potomstwa. Zmienne te są określane przez wkład w miot (cm — wkład samców, cf — wkład samic), kosztami sygnałów dla samców (sm) i nieselektywną śmiertelnością (dm — samce i df — samice).
Wdowy, wdowcy, osoby niepełnoletnie i wszyscy wcześniej samotni osobnicy łączą się, aby stworzyć nowe pary, a roczny cykl kończy się. W badanym modelu nacisk kładziony jest na monogamię genetyczną, dlatego wszystkie typy doboru płciowego (tj. konkurencja między osobnikami o partnera) są wyłączane z obliczeń.
Związek między ewolucją sygnałów, respondentami a wkładem.
Modelowanie wykazało, że trwała równowaga osiągana jest, gdy samce wysyłają sygnały, a samice na nie odpowiadają. W stanie równowagi cały wkład w potomstwo wraca do poziomu, który był przed pojawieniem się dodatkowych sygnałów samców.
Na wykresie A Powyżej przedstawiono przykład dynamiki ewolucyjnej, gdzie wkład samic w potomstwo powraca do optymalnego poziomu, co jest wynikiem ewolucji cechy ilościowej wkładu (przerywana zielona linia to rzeczywisty wkład, a ciągła zielona linia to wkład, który nie został zrealizowany z powodu braku odpowiedzi samic na dodatkowe sygnały samców). Na wykresie W przedstawiono alternatywny przykład, kiedy konflikt między płciami prowadzi do utraty respondenta.
A na wykresie Z wyróżniono dwa parametry, które wpływają na taki wynik: zwiększenie wkładu spowodowane dodatkowymi sygnałami (α), oraz koszty samic związane z tym wkładem (cf). W czerwonym obszarze na wykresie sygnały nigdy nie wzrastają, ponieważ ich koszt przewyższa korzyści. W żółtej i czarnej strefie częstotliwość sygnałów rośnie, co prowadzi do zwiększenia kosztownych inwestycji ze strony samic. W żółtej strefie odpowiedzią na to jest zmniejszenie ilościowego charakteru inwestycji, co prowadzi do stałej fiksacji alleli jako sygnałów i respondentów. W czarnej strefie, gdzie u reagujących samic występują większe indukowane inwestycje, odpowiadający allel szybko zanika, a za nim podążają sygnały, jak w tradycyjnych modelach konfliktu między płciami (wykres W).
Pion na granicy między czerwonym a żółtym obszarem to punkt, w którym samce uzyskują dodatkowy wkład w potomstwo dzięki temu, że samice równoważą wydatki związane z manifestowaniem sygnałów. Granica pozioma, oddzielająca żółty i czarny obszar od czerwonego, powstaje podobnie, ale z mniej oczywistego powodu. Gdy wydatki samic na wkład są niskie,cfoptymalna wartość wkładuzoptjest stosunkowo wysoka, co sprawia, że wkład samic w początkowych warunkach będzie znacznie większy. W konsekwencji sygnały dają samcowi proporcjonalnie mniejszą korzyść z wkładu, który generuje, co ponownie równoważy się jego wydatkami.
Przestrzeń parametrów, w której sygnały i odpowiedzi są ustalone (żółty), zmienia się w zależności od siły doboru i genetycznej dyspersji allelu respondenta. Na przykład, gdy początkowa częstość allelu respondenta wynosi 0.9 zamiast 0.99, jak pokazano na rysunku nr 2, wprowadzenie sygnałów prowadzi do bardziej efektywnego doboru względem responderów (początkowa dyspersja genetyczna jest większa), a czarny obszar rozszerza się w lewo.
Sygnały samca mogą się pojawić, nawet jeśli są związane z wydatkami, które zmniejszają wkład samca w obecny miot (parametryzowane sfec), tym samym bezpośrednio wpływając na przystosowanie* zarówno samca, jak i samicy, a nie zmniejszając prawdopodobieństwa przeżycia samca.
Przystosowanie* to zdolność do reprodukcji osobników o określonym genotypie.
Stosunek wydatków na płodność i sygnały (po lewej) oraz stosunek wydatków na żywotność i sygnały.
W aspekcie płodności, gdy sygnały samca są ustalone (żółty obszar), wszyscy samce wkładają mniej w potomstwo niż przed wyrażeniem sygnałów. W takim przypadku wkład samic będzie większy niż przed przejawieniem sygnałów samców.
Większy wkład samic, kiedy koszty samców regulowane są płodnością (a nie przeżywalnością), zwiększa średnią liczbę potomstwa na parę, ale nie rekompensuje tego w pełni. Z czasem większy wkład samic prowadzi do wzrostu średniej liczby potomstwa, które osiąga stadium lotu, ale zmniejsza średni wskaźnik przeżywalności samic. Prowadzi to do uformowania nowej równowagi między tymi dwoma siłami, gdzie średnia liczba potomków jest niższa niż w przypadku normalnej przeżywalności lub w warunkach początkowych (przed pojawieniem się sygnałów).
Z matematycznego punktu widzenia wygląda to następująco: jeśli sygnały samców zwiększają płodność o 1% (ale nie zwiększają przeżywalności), to koszty samic na potomstwo wzrastają o 1,3%, ale ich śmiertelność także wzrasta o 0,5%, a liczba potomstwa na parę zmniejsza się o 0,16%.
Jeśli średnia wartość wkładu samic jest początkowo niższa niż optymalny poziom (na przykład z powodu wpływu środowiska), to przy pojawieniu się stymulujących wzrost kosztów sygnałów powstaje zbalansowany system, tj. współpraca płci. W takiej sytuacji sygnały samców nie tylko zwiększają wkład samic w potomstwo, ale także ich przystosowanie.
Takie zachowanie samców i samic najczęściej występuje z powodu zmian zewnętrznych (klimat, środowisko, ilość dostępnego pokarmu itp.). W związku z tym naukowcy sugerują, że formowanie monogamii u niektórych współczesnych gatunków, podczas gdy ich przodkowie byli poligamiczni, jest spowodowane migracją i, w związku z tym, zmianą środowiska.
Aby dokładniej zapoznać się z niuansami badania, polecam zajrzeć do i do niego.
Epilog
Badanie to wykazało związek między poligamią a monogamią z perspektywy ewolucji. W królestwie ptaków samce zawsze starały się przewyższyć siebie nawzajem, aby zdobyć uwagę samicy: poprzez jaskrawe upierzenie, piękny taniec lub nawet pokazanie swoich umiejętności budowlanych. Takie zachowanie wynika z konkurencji wśród samców, co jest najbardziej charakterystyczne dla gatunków poligamicznych. Z perspektywy samic wszystkie te sygnały pozwalają ocenić cechy samca, które ich wspólne potomstwo dziedziczy. Jednak z upływem czasu samce zaczęły ewoluować w taki sposób, aby ich sygnały były jaśniejsze niż u konkurentów. Samice natomiast ewoluowały tak, aby przeciwdziałać takim sygnałom. Musi być zawsze równowaga. Jeśli koszty samic związane z potomstwem będą nieproporcjonalne do korzyści, to nie ma sensu zwiększać wydatków. Lepiej złożyć trzy jaja i przeżyć podczas wysiadywania i wychowania potomstwa, niż złożyć pięć i zginąć, próbując je ochronić.
Taki konflikt interesów między płciami mógłby prowadzić do katastrofalnego spadku populacji, jednak ewolucja poszła bardziej rozsądną drogą — drogą współpracy. W parach monogamicznych samce nadal prezentują się w całej okazałości, a samice odpowiadają na to optymalnym wkładem w potomstwo.
Ciekawe, że świat dzikich zwierząt nie jest obciążony zasadami moralnymi, prawem i normami, a wszystkie działania są uwarunkowane ewolucją, genetyką i pragnieniem kontynuacji gatunku.
Może dla romantyków takie naukowe wyjaśnienie skrzydlatej miłości wydać się zbyt prozaiczne, ale naukowcy mają inne zdanie. Bo co może być piękniejszego niż ewolucja w taki sposób, aby między samicą a samcem istniała równowaga i prawdziwe partnerstwo, uwzględniające interesy obu stron i dążące do dobra przyszłych pokoleń.
Piątkowy offtop:
Chociaż nazwa tych ptaków nie jest najpiękniejsza ("słabowate"), ich taniec łączenia jest po prostu wspaniały.
Off-top 2.0:
Rajskie ptaki są jaskrawym (dosłownie) przykładem tego, jakie różnorodne sygnały samce wysyłają samicom w okresie gniazdowania (BBC Earth, głos w tle — David Attenborough).
Dziękuję za uwagę, bądźcie ciekawi i życzę wszystkim udanego weekendu, chłopaki! 🙂
Dziękujemy, że jesteś z nami. Podobają Ci się nasze artykuły? Chcesz zobaczyć więcej interesujących materiałów? Wspieraj nas składając zamówienie lub polecając nas znajomym, 30% zniżki dla użytkowników Habr na unikalny odpowiednik serwerów entry-level, który został stworzony przez nas dla Ciebie: (dostępne opcje z RAID1 i RAID10, do 24 rdzeni i do 40GB DDR4).
Dell R730xd dwa razy tańszy? Tylko u nas w Holandii! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — od 99 dolarów! Czytaj o tym
Źródło: habr.com
