Відносини між партнерами, наповнені турботою, знаками уваги та співпереживанням, поети називають любов'ю, а ось біологи — міжстатевим взаємозв'язком, націленим на виживання та продовження роду. Одні види вважають за краще брати кількістю - розмножуватися з якомога більшою кількістю партнерів, щоб збільшити потомство, тим самим підвищивши шанси на виживання всього виду. Інші створюють моногамні пари, які можуть припинити своє існування лише після смерті одного з партнерів. Багато років вчені вважали, що перший варіант значно вигідніший, але це не зовсім так. Моногамні пари, зазвичай, разом виховують потомство, тобто. захищають його від хижаків, добувають їжу та вчать певним навичкам, тоді як у полігамних відносинах усе це найчастіше лягає на тендітні плечі самок. Звісно, бувають винятки, але сьогодні не про них. Біологів довгий час цікавив інший цікавий момент — самці продовжують виявляти знаки уваги на адресу самок, навіть коли їхня пара вже сформована і існує кілька років. Чим зумовлена така поведінка, яка від цього вигода та які еволюційні аспекти із цим пов'язані? На ці питання ми знайдемо відповіді у доповіді дослідницької групи. Поїхали.
Основа дослідження
Враховуючи тематику дослідження, ми не загострюватимемо увагу на полігамних видах птахів, а зосередимося на пернатих романтиках, які закохуються раз і назавжди.
Говорячи про моногамію, варто зазначити, що існує кілька її видів залежно від тривалості: один сезон, кілька років і на все життя.
Серед птахів найпоширенішою є сезонна моногамія. Яскравим прикладом можуть бути дикі гуси. Самки займаються гніздом та висиджуванням яєць, а самець охороною території. На другий день після вилуплення сімейство вирушає до найближчої водойми, де гусята вчаться шукати собі їжу. У разі небезпеки, що наздогнала на воді, самка люто захищає потомство, а самець, мабуть згадавши про важливі справи, найчастіше рятується втечею. Не найідеальніші стосунки, як не крути.
Сімейство диких гусей.
Якщо ж говорити про відносини, основою яких є сталість, то лелеки — найкращі у цьому питанні. Вони створюють моногамну пару на все життя і навіть місце проживання не змінюють без особливої потреби. Одне гніздо лелек, яке може важити до 250 кг і досягати 1.5 м у діаметрі, служить їм багато років, якщо природні катаклізми чи людське втручання не зруйнують. У Чехії є гніздо, яке було створено ще 1864 року.
Будівельні навички лелек не потребують оцінки, коли бачиш такі споруди.
На відміну від диких гусей, у лелек панує рівність обов'язків: обидва партнери висиджують яйця, шукають їжу, вчать потомство літати і захищають його від небезпек. Важливу роль відносинах лелек відіграють різноманітні ритуали: спів, танці тощо. Найцікавіше, що ці ритуали проводяться не тільки в період формування пари (на першому побаченні), а й протягом усього спільного життя (навіть змінюючи самку під час висиджування самець виконує невеликий танець). Для нас це виглядає дуже мило, романтично і абсолютно нелогічно, оскільки з біологічної точки зору така поведінка не має ніякої вигоди. Адже так? І ось тут можна плавно приступити до розгляду самого дослідження, яке й мало відповісти на це питання.
Етологи* вважають, що постійне прояв самцями своїх почуттів пов'язані зі збереженням у самок репродуктивного стану.
Етологія* - Наука, що вивчає генетично обумовлене поведінка, тобто. інстинкти.
У той самий час залишається незрозуміло, чому така поведінка триває у період первинного спарювання, а все життя, бо самцям логічніше було б вкладати більше зусиль і енергії в потомство, а чи не в демонстрацію почуттів до самці. До сьогоднішнього дня багато дослідників вважали, що інтенсивність вираження прихильності до самки безпосередньо впливає якість спарювання і, отже, потомства (тобто. число відкладених яєць).
Самець одного із видів райських птахів танцює перед самкою. Як бачимо, самець виглядає набагато яскравіше самки.
Ця теорія підтверджується спостереженнями. Самка, чий партнер неписаний красень і перший літун на селі, вкладає більше зусиль у потомство, ніж самець ні риба ні м'ясо. Звучить смішно, але ритуали, які проводять самці перед самками націлені на демонстрацію не тільки краси, а й сили. Так уже вийшло, що яскраве оперення, гарний спів та інші прояви уваги з боку самців є для самок лише когнітивними сигналами, які вона декодує в інформацію про самця.
Вчені з університетів Північної Кароліни та Чикаго, чию працю ми сьогодні розглядаємо, вважають, що подібна поведінка самців націлена на оптимізацію поведінки самок по відношенню до процесу виведення потомства.
Модель, запропонована вченими, ґрунтується на численних експериментах, які показали, що посилення даних сигналів з боку самців збільшує внесок самок у процес продовження роду. Існує припущення, що джерелом подібних стимулюючих ефектів є перцептивні відповіді, що виникають через властивості навколишнього середовища, сигналів та нервової системи як такої. На даний момент відомо близько 100 прикладів подібних відхилень від звичайних сенсорних систем (слух, зір і запах).
Коли самець зайвий раз демонструє свої переваги перед іншими самцями, це може позитивно вплинути на самця (самка його точно вибере). Але для самки це може бути мінусом, оскільки це зменшить майбутню репродуктивну реалізацію. Іншими словами, ми маємо ситуацію «перевершити очікування». Самець, який значно кращий за інших самців і постійно виявляє знаки інтересу до самки, отримає бажане — спарювання та продовження роду, а точніше свого роду. Самка ж, що чекає від інших самців подібної поведінки, але не отримала його, може опинитися в плачевній ситуації. Подібний випадок називається вченими як міжстатевий конфлікт: демонстрація самцями себе гарних збільшується серед популяції, а серед самок зростає опір цій тактиці.
Цей конфлікт був змодельований із застосуванням обчислювального підходу (нейронні мережі). В отриманих моделях сигналізатор (джерело сигналу - самець) використовує перцептивне сприйняття приймача (приймач сигналу - самка), яке стимулює самі сигнали на шкоду сприйняттю. У певний момент виникає зміна сприйняття сигналів у популяції самок (свого роду мутація), від чого сила сигналів джерела (самця) сильно знижуватиметься. Поступове наростання таких змін призведе до того, що той чи інший тип сигналу буде абсолютно неефективним. У міру протікання таких змін одні сигнали зникають, втративши свою силу, але виникають нові, і починається процес заново.
Ця досить закручена система досить проста практично. Уявіть, що з'явився самець з яскравим пером (одним єдиним), він виділяється на тлі інших, і самки віддають перевагу саме йому. Потім з'являється самець із двома яскравими пір'їнками, потім із трьома тощо. Але сила подібного сигналу через його наростання і поширення починає пропорційно падати. І тут раптом з'являється самець, який вміє гарно співати та будувати гнізда. В результаті гарне оперення як сигнал перестає бути ефективним і починає вироджуватися.
Однак завжди є виняток із правил — деякі міжстатеві конфлікти можуть перерости у повноцінне та дуже ефективне міжстатеве співробітництво.
Схема виникнення міжстатевого конфлікту та міжстатевого співробітництва.
Суть полягає в тому, що самець із більш вираженим сигналом змушує самку відкладати не три яйця, а чотири. Для самця це добре — він матиме більше потомства з його генофондом. Для самки — не дуже, бо їй доведеться витратити більше сил на те, щоби все потомство вижило і досягло самостійного віку. Отже, самки починають розвиватися паралельно самцям, щоб бути стійкішими до їх сигналів. У результаті може бути два шляхи: конфлікт чи співпраця.
У разі співробітництва самки еволюціонують таким чином, щоб відкладати 3 яйця, як і до появи сильнішого сигналу з боку самців, але продовжувати реагувати на ці сигнали. Ось тобі й жіночі хитрощі у світі природи. Таким чином формується не просто пара, а пара, що підтримує один одного на оптимальному рівні для продовження роду з погляду взаємодії сигнал-відповідь.
Самці не можуть еволюціонувати назад, грубо кажучи. Їх посилені сигнали на адресу самок дають результат як кладки з трьох яєць, тобто. не такий, як очікувалося. Однак зниження сигналу до попереднього рівня буде також неефективним, оскільки призведе до зменшення кількості яєць у кладці до двох. Виходить замкнене коло - самці не можуть зменшити силу сигналу і не можуть її збільшити, оскільки самки в першому випадку будуть давати менше потомства, а в другому - не реагувати.
Звісно, ні самців, ні самок немає ніякого злого наміру чи бажання поневолити одне одного. Весь цей процес протікає на генетичному рівні і націлений виключно на благо потомства окремо взятої пари та благополуччя виду загалом.
Результати дослідження
Використовуючи математичне моделювання, вчені оцінили умови, за яких може виникнути міжстатева співпраця. Кількісна характеристика із середнім значенням zf описує основний внесок самки у її потомство. Спочатку середнього значення дозволяється розвиватися до свого оптимального значення сопт, яке залежить від двох змінних: вигода від вкладу (кількість нащадків, що вижили) і вартість вкладу для самок (cf). Остання змінна оцінюється після розмноження, маючи на увазі, що частина самок виживає і може наступного року ще раз зробити потомство, що призводить до збільшення числа поколінь.
У цьому дослідженні буде часто застосовуватися кілька термінів, які варто трохи пояснити:
- сигнали - Вияв уваги з боку самців на адресу партнерів-самок (спів, танці та інші ритуали), що мають місце у сформованих парах;
- внесок / інвестиції - відповідь самок на ці сигнали, що виявляються у вигляді більшого числа яєць у кладці, більшого часу на догляд за майбутнім потомством тощо;
- респондент - Самка, що реагує на сигнали самця;
- витрати — вартість вкладу самок у потомство (час у гнізді, час на пошуки їжі, стан здоров'я через більшу/меншу кількість яєць у кладці тощо).
Нові сигнали самців та реакції самок на них моделювалися за допомогою вільно рекомбінуючих діалельних однолокусних модифікаторів, таким чином поєднуючи кількісний та популяційний генетичні підходи. У локус*, який контролює відповідь самки (A), спочатку спостерігається висока частота аллеля-респондера* (A2), що відповідає існуючому раніше перцептивному сприйняттю
Локус* - Розташування певного гена на генетичній карті хромосоми.
Алелі* - Різні форми одного і того ж гена, розташовані в однакових локусах гомологічних хромосом. Алелі визначають шлях розвитку конкретної ознаки.
Ген-респондер* (Rsp) - ген, функціонально пов'язаний з фактором порушення сегрегації (ген SD), активний алель якого (Rsp+) здатний пригнічувати експресію SD.
Локус сигналу (B) спочатку фіксований для аллеля без сигналу (B1). Потім вводиться аллель B2, що викликає появу сигналів із боку самців.
Прояв сигналів для самців також має свою ціну (sm), але збільшує внесок партнера-самки (А2) на величину. Наприклад, може бути виражено у вигляді додаткового яйця в кладці. При цьому збільшення вкладу самки може виявлятися ще й у вигляді тих позитивних ефектів, які вона чинить на потомство.
Отже, пара, в якій самець несе аллель сигналізатора, а самка несе аллель респондера (тобто пари A2B2), має додатковий внесок з боку самки і, отже, більш високу плодючість, ніж інші комбінації.
Варіанти комбінацій самців та самок за співвідношенням сигналів та відповідей на них.
На число нащадків, які вижили для розмноження наступного року, впливає залежність від щільності* усередині виводка та залежність від щільності виводка після оперення.
Залежність від густини* - процеси, що залежать від щільності, відбуваються, коли темпи зростання популяції регулюються щільністю цієї популяції.
Ще одна група змінних пов'язана зі смертністю самок і самців після народження потомства. Ці змінні визначаються вкладом у виводок (cm - Внесок самців, cf - Внесок самок), витратами на сигнали для самців (sm) та неселективною смертністю (dm - самці і df - Самки).
Вдови, вдівці, неповнолітні та будь-які раніше самотні особини об'єднуються, щоб сформувати нові пари, і річний цикл завершується. У досліджуваної моделі акцент ставиться на генетичної моногамії, тому всі типи статевого відбору (тобто конкуренція між особами за партнера) виключаються із розрахунків.
Взаємозв'язок еволюції сигналів, респондентів та внеску.
Моделювання показало, що стійкий баланс досягається, коли самці подають сигнали, а самки відповідають. У стані рівноваги весь внесок у потомство відновлюється до рівня, що був до появи додаткових сигналів самців.
На графіку А вище показаний приклад еволюційної динаміки, де внесок самок у потомство повертається до оптимального рівня, що є результатом еволюції кількісної ознаки вкладу (пунктирна зелена лінія – це реальний вклад, а суцільна зелена лінія – це внесок, який не був реалізований через відсутність відповіді самок на додаткові. сигнали самців). На графіку В показаний альтернативний приклад, коли міжстатевий конфлікт призводить до втрати респондента.
А на графіку С виділено два параметри, які впливають на такий результат: збільшення вкладу, викликане додатковими сигналами (α), та витрати самок на цей внесок (cf). У червоній області на графіку сигнали ніколи не збільшуються, тому що їхня вартість перевищуватиме вигоду. У жовтій та чорній областях частота сигналів зростає, що призводить до збільшення витратних інвестицій з боку самок. У жовтій області відповідь це відбувається шляхом зменшення кількісного інвестиційного ознаки, що призводить до постійної фіксації алелей як сигналів, і респондентів. У чорній області, де у реагують самок більше індукованих інвестицій, аллель, що відповідає, швидко втрачається, за ним йдуть сигнали, як у традиційних моделях міжстатевого конфлікту (графік В).
Вертикальна межа між червоною та жовтою областями являє собою точку, в якій самці отримують додатковий внесок у потомство за рахунок того, що самки врівноважують витрати на прояв ними сигналів. Горизонтальна межа, що відокремлює жовту та чорну області від червоної, виникає аналогічно, але з менш очевидної причини. Коли витрати самок на внесок (cf) низькі, то оптимальне значення вкладу (сопт) буде відносно високим, і, отже, внесок самок буде значно більшим у початкових умовах. Наслідком цього є те, що сигнали дають самцю пропорційно меншу вигоду від вкладу, який він викликає, що знову ж таки компенсується його витратами.
Простір параметрів, в якому сигнали та відповіді фіксовані (жовтий), варіюється залежно від сили відбору та генетичної дисперсії алелю респондента. Наприклад, коли початкова частота алелю респондента становить 0.9 замість 0.99, показаної на зображенні №2, введення сигналів призводить до більш ефективного відбору щодо респондерів (вихідна генетична дисперсія вище) і чорна область розширюється вліво.
Сигнали самця можуть з'явитися, навіть якщо вони будуть пов'язані з витратами, які зменшують вклад самця в поточний виводок (параметризований sfec), тим самим безпосередньо впливаючи на пристосованість* як самця, і самки, а чи не зменшуючи ймовірність виживання самця.
Пристосованість* - Здатність до розмноження особин з певним генотипом.
Відношення витрат на плодючість і сигналів (ліворуч) та відношення витрат на життєздатність та сигналів.
У аспекті плодючості, коли сигнали самця фіксовані (жовта область), все самці вкладають менше у потомство, ніж прояви сигналів. У такому разі внесок самок буде більшим, ніж він був до прояву сигналів самців.
Найбільший внесок самок, коли витрати самців регулюються плідністю (а не життєздатністю), збільшують середню кількість нащадків на пару, але це не повністю компенсує. Згодом більший внесок самок призводить до збільшення середньої кількості потомства, що досягло оперення, але зменшує середній показник життєздатності самок. Це призводить до формування нового балансу між цими двома силами, де середня кількість нащадків нижча, ніж у разі нормальної життєздатності або початкових умов (до прояву сигналів).
З математичної точки зору це виглядає так: якщо сигнали самців збільшують плодючість на 1% (але не збільшують життєздатність), то витрати самок на потомство збільшуються на 1.3%, але при цьому їх смертність також збільшується на 0.5%, а чисельність потомства на пару зменшується на 0.16%.
Якщо ж середнє значення вкладу самок спочатку нижче оптимального рівня (наприклад, через вплив довкілля), то прояві стимулюючих зростання витрат сигналів виникає збалансована система, тобто. міжстатеве співробітництво. У такій ситуації сигнали самців не тільки збільшують внесок самок у потомство, а й їхню пристосованість.
Подібна поведінка самців і самок найчастіше виникає через зовнішні зміни (клімат, місце існування, кількість доступної їжі і т.д.). З огляду на це вчені припускають, що формування моногамії у деяких сучасних видів, тоді як їхні предки були полігамними, обумовлено міграцією та, відповідно, зміною довкілля.
Для більш детального ознайомлення з нюансами дослідження рекомендую заглянути у и до нього.
Епілог
Дане дослідження продемонструвало взаємозв'язок полігамії та моногамії з погляду еволюції. У пташиному царстві самці завжди намагалися перевершити один одного, щоб здобути увагу самки: яскравим оперенням, гарним танцем або навіть демонстрацією своїх будівельних здібностей. Подібна поведінка обумовлена конкуренцією серед самців, що властиво полігамним видам найчастіше. З позиції самок всі ці сигнали дають можливість оцінити якості самця, які їхнє спільне потомство успадкує. Однак з часом самці почали еволюціонувати таким чином, щоб їхні сигнали були яскравішими, ніж у конкурентів. Самки, своєю чергою, еволюціонували в такий спосіб, щоб протидіяти подібним сигналам. Адже завжди має бути баланс. Якщо витрати самок на потомство будуть несумірні з вигодою, то збільшення витрат немає сенсу. Краще зробити кладку з 3 яєць і вижити у процесі висиджування та виховання потомства, ніж відкласти п'ять і загинути, намагаючись їх захистити.
Такий міжстатевий конфлікт інтересів міг би призвести до катастрофічного падіння популяції, але еволюція пішла здоровішим шляхом — шляхом кооперації. У моногамних парах самці продовжують проявляти себе у всій красі, а самки відповідають цього оптимальним внеском у потомство.
Цікаво, що світ диких тварин не обтяжений моральними принципами, законами та нормами, а всі дії обумовлені еволюцією, генетикою та жагою до продовження роду.
Можливо для романтиків таке наукове пояснення крилатого кохання здасться надто прозаїчним, але вчені вважають інакше. Адже що може бути прекраснішим, ніж еволюціонувати саме так, щоб між самкою та самцем був баланс і справжнє партнерство, яке враховує інтереси обох сторін і націлене на благо майбутніх поколінь.
П'ятничний офф-топ:
Незважаючи на те, що назва цих птахів не найкрасивіша («поганкові»), їхній танець возз'єднання просто прекрасний.
Офф-топ 2.0:
Райські птахи є яскравим (буквально) прикладом того, яке різноманіття сигналів самці посилають самкам у період гніздування (BBC Earth, голос за кадром – Девід Аттенборо).
Дякую за увагу, залишайтесь цікавими та відмінними всім вихідними, хлопці! 🙂
Дякую, що залишаєтеся з нами. Вам подобаються наші статті? Бажаєте бачити більше цікавих матеріалів? Підтримайте нас, оформивши замовлення або порекомендувавши знайомим, 30% знижка для користувачів Хабра на унікальний аналог entry-level серверів, який був винайдений нами для Вас: (Доступні варіанти з RAID1 і RAID10, до 24 ядер і до 40GB DDR4).
Dell R730xd у 2 рази дешевше? Тільки в нас у Нідерландах! Dell R420 – 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB – від $99! Читайте про те
Джерело: habr.com