Генетика љубави: интерсексуални сукоб као основа сарадње у паровима моногамних птица

Однос између партнера, испуњен бригом, знацима пажње и емпатије, песници називају љубављу, али биолози то називају међусполним односима који имају за циљ опстанак и размножавање. Неке врсте радије узимају у број – да се размножавају са што више партнера како би се повећао број потомака, чиме се повећавају шансе за опстанак целе врсте. Други стварају моногамне парове, који могу престати да постоје тек након смрти једног од партнера. Дуги низ година научници су веровали да је прва опција много исплативија, али то није сасвим тачно. Моногамни парови, по правилу, заједно подижу потомство, тј. заштитите га од предатора, набавите храну и научите га одређеним вештинама, док у полигамним везама све то најчешће пада на крхка плећа женки. Наравно, има изузетака, али данас не говоримо о њима. Биолози су дуго били заинтересовани за још једну занимљиву тачку - мужјаци настављају да показују знаке пажње према женкама, чак и када је њихов пар већ формиран и постоји већ неколико година. Шта узрокује ово понашање, која је корист од њега и који су еволутивни аспекти повезани са њим? Одговоре на ова питања наћи ћемо у извештају истраживачке групе. Иди.

Основа истраживања

С обзиром на тему студије, нећемо се фокусирати на полигамне врсте птица, већ ћемо се фокусирати на пернате романтичаре који се заљубљују једном заувек.

Говорећи о моногамији, вреди напоменути да постоји неколико врста у зависности од трајања: једна сезона, неколико година и доживотно.

Међу птицама је најчешћа сезонска моногамија. Упечатљив пример би биле дивље гуске. Женке су укључене у гнежђење и инкубацију јаја, а мужјак је одговоран за заштиту територије. Другог дана након излегања, породица одлази до најближе водене површине, где гушчићи уче да траже храну за себе. У случају опасности на води, женка жестоко штити потомство, али мужјак, очигледно сећајући се важних ствари, најчешће бежи. Није најидеалнија веза, како год на то гледали.

Породица дивљих гусака.

Ако говоримо о односима, чија је основа постојаност, онда су роде најбоље у овом питању. Они стварају моногамни пар за цео живот и чак не мењају своје место боравка осим ако је то апсолутно неопходно. Једно гнездо рода, које може да тежи и до 250 кг и достиже 1.5 м у пречнику, служи им дуги низ година ако га елементарне непогоде или људска интервенција не униште. У Чешкој постоји гнездо које је створено давне 1864. године.

Конструкцијске вештине рода не треба ценити када видите такве структуре.

За разлику од дивљих гусака, роде имају једнаке одговорности: оба партнера излежу јаја, траже храну, уче потомство да лети и штите их од опасности. Различите врсте ритуала играју важну улогу у односима рода: певање, играње итд. Најзанимљивије је да се ови ритуали спроводе не само током формирања пара (на првом састанку), већ и током целог заједничког живота (чак и када замени жену током инкубације, мужјак изводи мали плес). Нама ово изгледа веома симпатично, романтично и потпуно нелогично, јер са биолошке тачке гледишта такво понашање нема никакве користи. То је тако? И овде можемо глатко почети да разматрамо саму студију, која је требало да одговори на ово питање.

Етолози* Верују да је стално испољавање њихових осећања од стране мушкараца повезано са очувањем репродуктивног стања код женки.

етологија* - наука која проучава генетски условљено понашање, тј. инстинкти.

Истовремено, остаје нејасно зашто овакво понашање траје не само у периоду примарног парења, већ и током целог живота, јер би било логичније да мужјаци више снаге и енергије улажу у своје потомство, него у испољавање осећања према Женско. До сада су многи истраживачи веровали да интензитет испољавања наклоности према женки директно утиче на квалитет парења, а самим тим и на потомство (тј. на број положених јаја).

Мушка рајска птица плеше испред женке. Као што видимо, мужјак изгледа много светлије од женке.

Ова теорија је потврђена запажањима. Женка којој је партнер неписани згодан мушкарац и први летач у селу улаже више труда у своје потомство него да мужјак није ни риба ни живина. Звучи забавно и смешно, али ритуали које мужјаци изводе пред женкама имају за циљ да покажу не само лепоту, већ и снагу. Десило се да су сјајно перје, лепо певање и друге манифестације пажње мужјака само когнитивни сигнали за женке, које она декодира у информације о мужјаку.

Научници са универзитета Северне Каролине и Чикага, чији рад данас разматрамо, сматрају да је овакво понашање мужјака усмерено на оптимизацију понашања женки у односу на процес оплемењивања потомства.

Модел који су предложили научници заснива се на бројним експериментима који су показали да јачање ових сигнала од мужјака повећава допринос женки процесу размножавања. Претпоставља се да су извор таквих стимулативних ефеката перцептивни одговори који произилазе из својстава околине, сигнала и самог нервног система. Тренутно је познато око 100 примера таквих „одступања“ од обичних сензорних система (слуха, вида и мириса).

Када мужјак још једном покаже своје предности у односу на друге мужјаке, то може позитивно утицати на самог мужјака (женка ће га свакако изабрати). Али за жену то може бити недостатак, јер ће смањити будући репродуктивни учинак. Другим речима, имамо ситуацију „превазилажења очекивања“. Мужјак који је знатно бољи од осталих мужјака и стално показује знаке интересовања за женку добиће оно што жели – парење и размножавање, односно своју врсту. Женка која очекује слично понашање од других мужјака, али га не прими, може се наћи у тешкој ситуацији. Научници такав случај називају интерсексуалним сукобом: међу популацијом расте демонстрација мушкараца себе као лепих, а међу женама расте отпор овој тактици.

Овај конфликт је моделован коришћењем рачунарског приступа (неуронске мреже). У добијеним моделима сигнализатор (извор сигнала – мушкарац) користи перцептивну перцепцију пријемника (пријемник сигнала – женско), који стимулише саме сигнале на уштрб перцепције. У одређеном тренутку долази до промене у перцепцији сигнала у популацији женки (нека врста мутације), услед чега ће се јачина сигнала из извора (мужјака) у великој мери смањити. Постепено повећање таквих промена ће довести до чињенице да ће један или други тип сигнала бити потпуно неефикасан. Како се такве промене дешавају, неки сигнали нестају, губе снагу, али се јављају нови и процес почиње изнова.

Овај веома уврнути систем је прилично једноставан у пракси. Замислите да се мужјак појављује са светлим перјем (само једним), издваја се од осталих, а женке му дају предност. Затим се појављује мужјак са два светла пера, затим са три, итд. Али снага таквог сигнала, због његовог раста и ширења, почиње да пада пропорционално. А онда се изненада појављује мужјак који може лепо да пева и да гради гнезда. Као резултат тога, прелепо перје као сигнал престаје да буде делотворно и почиње да се дегенерише.

Међутим, увек постоји изузетак од правила – неки међуродни сукоби могу се развити у пуноправну и веома ефикасну међуродну сарадњу.

Шема настанка међуродног сукоба и међуродне сарадње.

Суштина је да мужјак са израженијим сигналом присиљава женку да положи не три јаја, већ четири. Ово је добро за мужјака - он ће имати више потомака са својим генским фондом. За женку, не толико, јер ће морати да уложи више труда да осигура да сво потомство преживи и достигне самосталну старост. Сходно томе, женке почињу да се развијају паралелно са мужјацима како би биле отпорније на њихове сигнале. Резултат може бити два начина: сукоб или сарадња.

У случају сарадње, женке еволуирају да полажу 3 јаја, као пре појаве јачег сигнала од мужјака, али настављају да реагују на ове сигнале. Толико о женским триковима у свету природе. На тај начин се не формира само пар, већ пар који подржава једно друго на оптималном нивоу за размножавање са становишта интеракције сигнал-одзив.

Мужјаци не могу да еволуирају назад, грубо говорећи. Њихови појачани сигнали женкама производе клапну од три јајета, тј. не као што се очекивало. Међутим, смањење сигнала на претходни ниво такође ће бити неефикасно, јер ће довести до смањења броја јаја у квачилу на два. Испоставља се зачарани круг - мужјаци не могу смањити снагу сигнала и не могу је повећати, јер ће женке у првом случају родити мање потомака, ау другом случају неће реаговати.

Наравно, ни мушкарци ни жене немају злу намеру или жељу да поробе једни друге. Цео овај процес се одвија на генетском нивоу и има за циљ искључиво добробит потомства појединачног пара и добробит врсте у целини.

Резултати истраживања

Користећи математичко моделирање, научници су проценили услове под којима може доћи до интерсексуалне сарадње. Квантитативна карактеристика са просечном вредношћу zf описује главни допринос жене њеном потомству. У почетку је дозвољено да се просечна вредност развије до своје оптималне вредности зопт, што зависи од две варијабле: користи од улагања (број преживелих потомака) и цене инвестиције за женке (cf). Последња варијабла се процењује након парења, што имплицира да неке женке преживе и могу поново да произведу потомство следеће године, што резултира повећањем броја генерација.

Постоји неколико термина који ће се често користити у овој студији и вреди их мало објаснити:

• сигнали - испољавање пажње мушкараца према женским партнеркама (певање, играње и други ритуали) који се одвијају у формираним паровима;
• допринос / инвестиција - одговор женки на ове сигнале, који се манифестује у виду већег броја јаја у квачилу, више времена за бригу о будућем потомству итд.;
• испитаник - женка реагује на сигнале мужјака;
• трошкови — трошак доприноса женки потомству (време у гнезду, време тражења хране, здравствено стање због већег/мањег броја јаја у кладилу итд.).

Нови мушки сигнали и женски одговори на њих су моделовани коришћењем слободно рекомбинујућих дијалелних модификатора са једним локусом, комбинујући на тај начин квантитативни и популациони генетски приступ. ИН локус*, који контролише одговор женке (А), у почетку се примећује висока фреквенција алела -одговор* (А2), што одговара већ постојећој перцептивној перцепцији

локус* - локација специфичног гена на генетској мапи хромозома.

алели* - различити облици истог гена који се налазе у истим локусима хомологних хромозома. Алели одређују пут развоја одређене особине.

Одговорни ген* (Рсп) је ген који је функционално повезан са фактором поремећаја сегрегације (СД ген), чији је активни алел (Рсп+) способан да потисне експресију СД.

Сигнални локус (Б) је иницијално фиксиран за несигнални алел (Б1). Затим се уводи алел Б2, који изазива појаву мушких сигнала.

Приказивање сигнала за мушкарце такође има своју цену (sm), али повећава допринос женског партнера (А2) за вредност α. На пример, α се може изразити као додатно јаје у квачилу. Истовремено, повећање доприноса женке може се манифестовати и у виду позитивних ефеката које она има на своје потомство.

Према томе, пар у коме мужјак носи алел сигнала, а женка алел одговора (тј. парови А2Б2) има додатни допринос женке и стога већу плодност од остале 3 комбинације.

Варијанте комбинација мужјака и женки према односу сигнала и одговора на њих.

На број потомака који преживе за репродукцију следеће године утиче зависност од густине* унутар легла и зависност од густине легла након излећења.

Зависност од густине* Процеси зависни од густине настају када је стопа раста популације регулисана густином те популације.

Друга група варијабли повезана је са морталитетом женки и мужјака након рођења потомства. Ове варијабле су одређене доприносом леглу (cm - допринос мушкараца, cf - допринос жена), трошкови сигнала за мушкарце (sm) и неселективни морталитет (dm - мужјаци и df - жене).

Удовице, удовци, малолетници и сви претходно појединачни појединци се удружују да формирају нове парове и годишњи циклус је завршен. У моделу који се проучава, нагласак је на генетској моногамији, па су из прорачуна искључене све врсте сексуалне селекције (тј. надметање између појединаца за партнера).

Однос између еволуције сигнала, испитаника и доприноса.

Моделирање је показало да се стабилна равнотежа постиже када мужјаци дају сигнале, а женке одговарају на њих. У равнотежи, сав допринос потомству се враћа на ниво који је био пре појаве додатних мушких сигнала.

На графикону А Горе наведено показује пример еволуционе динамике где се женски допринос потомству враћа на оптималан ниво, што је резултат еволуције квантитативне особине доприноса (тачкаста зелена линија је стварни допринос, а пуна зелена линија је допринос који није остварен услед недостатка женског одговора на додатне мушке сигнале). На графикону В Алтернативни пример је приказан када међуродни сукоб доведе до губитка испитаника.

И на графикону С Идентификована су два параметра која утичу на овај резултат: повећање доприноса узроковано додатним сигналима (α), и трошкови жена за ову инвестицију (cf). У црвеној области на графикону, сигнали се никада не повећавају, јер ће њихова цена премашити корист. У жутим и црним подручјима, фреквенција сигнала се повећава, што доводи до повећања скупих улагања од стране женки. У жутој зони, одговор на ово настаје смањењем квантитативне инвестиционе особине, што доводи до трајне фиксације алела и сигнала и испитаника. У црном региону, где жене које су одговориле имају више индукованих инвестиција, алел који одговара брзо се губи, праћен сигналима, као у традиционалним моделима интерсексуалних сукоба (графикон В).

Вертикална граница између црвеног и жутог региона представља тачку у којој мужјаци добијају додатно улагање у потомство због тога што женке балансирају трошкове своје сигнализације. Хоризонтална граница која раздваја жуте и црне области од црвене се јавља на сличан начин, али из мање очигледног разлога. Када жене коштају инвестиције (cf) су ниске, онда је оптимална вредност доприноса (зопт) ће бити релативно висока, па ће стога допринос жена бити знатно већи у почетним условима. Последица овога је да сигнали обезбеђују мужјаку сразмерно мању корист од улагања које изазове, што је опет надокнађено његовим трошковима.

Простор параметара, у коме су сигнали и одговори фиксирани (жуто), варира у зависности од јачине селекције и генетске варијансе алела испитаника. На пример, када је почетна фреквенција алела реагатора 0.9 уместо 0.99 приказаних на слици бр. 2, увођење сигнала резултира ефикаснијом селекцијом код оних који су одговорили (почетна генетска варијанса је већа) и црни регион се шири лево.

Мушки сигнали се могу јавити чак и ако долазе са трошковима који смањују допринос мужјака тренутном леглу (параметризовано сфец), чиме директно утиче фитнес* и мушко и женско, уместо да смањи вероватноћу преживљавања мушкарца.

фитнес* - способност репродукције јединки са одређеним генотипом.

Однос између трошкова плодности и сигнала (лево) и однос између трошкова одрживости и сигнала.

У погледу плодности, када су мушки сигнали фиксни (жута област), сви мужјаци улажу мање у потомство него пре сигнализације. У овом случају, допринос женки ће бити већи него што је био пре појаве мушких сигнала.

Већа улагања жена, када су трошкови мушкараца регулисани плодношћу (а не одрживошћу), повећавају просечан број потомака по пару, али не надокнађују у потпуности. Временом, већи допринос женки повећава просечан број потомака који достижу опран, али смањује просечну одрживост женки. То доводи до формирања нове равнотеже између ове две силе, где је просечан број потомака мањи него у случају нормалне одрживости или у почетним условима (пре испољавања сигнала).

Са математичке тачке гледишта, то изгледа овако: ако мушки сигнали повећавају плодност за 1% (али не повећавају одрживост), онда се трошкови женки за потомство повећавају за 1.3%, али у исто време и њихов морталитет се повећава за 0.5 %, а број потомака по пару се смањује за 0.16%.

Ако је просечна вредност женског доприноса у почетку нижа од оптималног нивоа (на пример, услед утицаја средине), онда када се испоље сигнали који стимулишу раст трошкова, настаје уравнотежен систем, тј. међуродна сарадња. У таквој ситуацији, мушки сигнали не само да повећавају допринос женки потомству, већ и њихову кондицију.

Овакво понашање мужјака и женки најчешће настаје услед спољашњих промена (климе, станишта, количине расположиве хране и сл.). С обзиром на то, научници сугеришу да је формирање моногамије код неких савремених врста, док су њихови преци били полигамни, последица миграције и, сходно томе, промене животне средине.

За детаљније упознавање са нијансама студије, препоручујем да погледате саопштавају научници и Додатни материјали њему.

Епилог

Ова студија је показала везу између полигамије и моногамије из еволуционе перспективе. У царству птица, мужјаци су одувек покушавали да надмаше једни друге како би привукли пажњу женке: сјајним перјем, прелепим плесом или чак демонстрацијом својих грађевинских способности. Ово понашање је због конкуренције међу мужјацима, што је најчешће карактеристично за полигамне врсте. Из перспективе женки, сви ови сигнали омогућавају да се процене квалитете мужјака које ће наследити њихово заједничко потомство. Међутим, временом су мужјаци почели да се развијају на такав начин да су њихови сигнали били светлији од сигнала њихових конкурената. Жене су, заузврат, еволуирале да се одупру таквим сигналима. На крају крајева, увек мора постојати равнотежа. Ако су трошкови женки за потомство несразмерни користима, онда нема смисла повећавати трошкове. Боље је сложити клапну од 3 јаја и преживети процес инкубације и подизања потомства него сложити пет и умрети покушавајући да их заштити.

Такав интерсексуални сукоб интереса могао би да доведе до катастрофалног опадања популације, али је еволуција кренула разумнијим путем – путем сарадње. У моногамним паровима, мужјаци настављају да се изражавају у свој својој слави, а женке на то одговарају оптималним доприносом потомству.

Занимљиво је да свет дивљих животиња није оптерећен моралним принципима, законима и нормама, а све радње одређују еволуција, генетика и жеђ за размножавањем.

Можда ће за романтичаре такво научно објашњење крилате љубави изгледати превише прозаично, али научници мисле другачије. Уосталом, шта може бити лепше него да се развија тако да постоји равнотежа и истински партнерски однос између жене и мушкарца, узимајући у обзир интересе обе стране и усмерен на добробит будућих генерација.

петак ван врха:

Иако ове птице немају најлепше име (Гребес), њихов поновни плес је једноставно прелеп.

Офф-топ 2.0:

Рајске птице су одличан пример (буквално) разноврсности сигнала који мужјаци шаљу женкама током сезоне гнежђења (ББЦ Еартх, глас преко Дејвида Атенбороа).

Хвала на гледању, будите радознали и угодан викенд свима! 🙂

Хвала вам што сте остали са нама. Да ли вам се свиђају наши чланци? Желите да видите још занимљивијег садржаја? Подржите нас тако што ћете наручити или препоручити пријатељима, 30% попуста за кориснике Хабра на јединствени аналог сервера почетног нивоа, који смо ми измислили за вас: Цела истина о ВПС (КВМ) Е5-2650 в4 (6 језгара) 10ГБ ДДР4 240ГБ ССД 1Гбпс од 20 долара или како делити сервер? (доступно са РАИД1 и РАИД10, до 24 језгра и до 40 ГБ ДДР4).

Делл Р730кд 2 пута јефтинији? Само овде 2 к Интел ТетраДеца-Цоре Ксеон 2к Е5-2697в3 2.6ГХз 14Ц 64ГБ ДДР4 4к960ГБ ССД 1Гбпс 100 ТВ од 199 УСД у Холандији! Делл Р420 - 2к Е5-2430 2.2Гхз 6Ц 128ГБ ДДР3 2к960ГБ ССД 1Гбпс 100ТБ - од 99 долара! Читали о Како изградити инфраструктурну корпорацију. класе уз коришћење Делл Р730кд Е5-2650 в4 сервера у вредности од 9000 евра за пени?

Извор: ввв.хабр.цом