伴侣之间充满关怀、关注和同理心的关系，被诗人称为爱情，但生物学家称之为以生存和繁衍为目的的两性关系。 有些物种喜欢数量众多——与尽可能多的伙伴繁殖，以增加后代的数量，从而增加整个物种的生存机会。 另一些人则建立一夫一妻制的夫妻关系，只有在其中一个伴侣去世后，这种夫妻关系才不再存在。 多年来，科学家们认为第一种选择更有利可图，但这并不完全正确。 一般来说，一夫一妻制的夫妇一起抚养他们的后代，即保护他免受掠食者的侵害，获取食物并教他某些技能，而在一夫多妻制的关系中，这一切通常都落在女性脆弱的肩膀上。 当然，也有例外，但今天我们不讨论它们。 生物学家长期以来对另一个有趣的点很感兴趣——雄性仍然对雌性表现出关注的迹象，即使它们的配对已经形成并且已经存在了几年。 是什么导致了这种行为，它有什么好处，以及与它相关的进化方面是什么？ 这些问题我们都将在课题组的报告中找到答案。 去。
研究基础
鉴于研究的主题，我们不会关注一夫多妻制的鸟类，而是关注一劳永逸地坠入爱河的羽毛浪漫主义者。
说到一夫一妻制，值得注意的是，根据持续时间的不同，一夫一妻制有几种类型：一季、几年和终身。
在鸟类中，季节性一夫一妻制是最常见的。 一个显着的例子是大雁。 雌性负责筑巢和孵卵，雄性则负责保护领地。 孵化后的第二天，小鹅一家人会去最近的水体，在那里小鹅学会自己寻找食物。 当水上发生危险时，雌性会猛烈地保护后代，但雄性显然记得重要的事情，通常会逃跑。 不管你怎么看，这都不是最理想的关系。
一个大雁家族。
如果我们谈论关系的基础是坚贞，那么鹳鸟在这方面是最好的。 他们创造了终生一夫一妻制的伴侣，除非绝对必要，否则甚至不会改变居住地。 一窝重达 250 公斤、直径达 1.5 m 的鹳鸟巢，如果自然灾害或人为干预没有被摧毁，可以为它们服务很多年。 捷克共和国有一个建于 1864 年的鸟巢。
当你看到这样的建筑时，无需欣赏鹳鸟的建筑技巧。
与大雁不同，鹳鸟承担着同等的责任：双方孵化蛋、寻找食物、教后代飞行并保护它们免受危险。 各种仪式在鹳关系中发挥着重要作用：唱歌、跳舞等。 最令人好奇的是，这些仪式不仅在情侣形成期间（第一次约会时）进行，而且贯穿他们的整个生活（甚至在孵化期间取代雌性时，雄性也会跳一段小舞蹈）。 对我们来说，这看起来非常可爱、浪漫，而且完全不合逻辑，因为从生物学的角度来看，这种行为没有任何好处。 是这样吗？ 到这里我们就可以顺利地开始思考这项研究本身了，它本应回答这个问题。
动物行为学家* 他们认为，男性不断表达自己的感受与女性生殖状态的保存有关。
动物行为学* - 研究基因决定行为的科学，即本能。
与此同时，目前还不清楚为什么这种行为不仅在初次交配期间持续，而且贯穿一生，因为对于雄性来说，为后代投入更多的力量和精力，而不是表达对后代的感情，会更合乎逻辑。女性。 到目前为止，许多研究人员认为，对雌性表达感情的强度直接影响交配的质量，从而影响后代（即产卵的数量）。
一只雄性极乐鸟在雌性面前跳舞。 正如我们所看到的，雄性看起来比雌性明亮得多。
这一理论得到了观察的证实。 一个女人的伴侣是一个不成文的帅哥，而且是村里的第一飞人，她对自己的后代付出的努力比男人不伦不类的要多。 听起来很有趣，但男性在女性面前进行的仪式不仅是为了展示美丽，也是为了展示力量。 恰巧的是，鲜艳的羽毛、优美的歌声和其他来自雄性的关注表现只是雌性的认知信号，她将其解码为有关雄性的信息。
我们今天讨论的北卡罗来纳大学和芝加哥大学的科学家认为，雄性的这种行为旨在优化雌性在繁殖后代过程中的行为。
科学家提出的模型基于大量实验，这些实验表明，增强雄性的这些信号会增加雌性对生育过程的贡献。 有人认为，这种刺激效应的来源是由环境、信号和神经系统本身的特性引起的知觉反应。 目前，已知大约有 100 个此类与普通感觉系统（听觉、视觉和嗅觉）“偏差”的例子。
当雄性再次展现出自己相对于其他雄性的优势时，这会对雄性本身产生积极的影响（雌性肯定会选择他）。 但对于雌性来说，这可能是一个缺点，因为它会减少未来的繁殖产出。 换句话说，我们面临着“超出预期”的情况。 一只比其他雄性明显优秀并且不断对雌性表现出兴趣的雄性将会得到他想要的东西——交配和繁殖，或者更确切地说是他自己的同类。 如果女性期望其他男性做出类似的行为，但却没有得到，她可能会发现自己陷入了可怕的境地。 科学家将这种情况称为两性冲突：男性在人群中展示自己美丽的行为增加，而女性对这种策略的抵制也在增加。
这种冲突是使用计算方法（神经网络）建模的。 在生成的模型中，信号发送者（信号源 - 男性）使用接收者（信号接收者 - 女性）的感知，这会刺激信号本身，从而损害感知。 在某一时刻，女性群体对信号的感知发生变化（一种突变），其结果是来自源（男性）的信号强度将大大减弱。 这种变化的逐渐增加将导致一种或另一种类型的信号将完全无效。 当这种变化发生时，一些信号消失，失去强度，但新的信号出现，整个过程重新开始。
这个非常扭曲的系统在实践中非常简单。 想象一下，一只雄性出现了一根明亮的羽毛（只有一根），他在其他羽毛中脱颖而出，而雌性则偏爱他。 然后一只雄性出现，长着两根明亮的羽毛，然后长着三根，依此类推。 但这种信号的强度由于其增长和传播而开始成比例下降。 然后突然出现一只雄性，它能优美地唱歌并筑巢。 结果，美丽的羽毛作为信号不再有效并开始退化。
然而，规则总有例外——一些性别间冲突可以发展成全面且非常有效的性别间合作。
性别间冲突和性别间合作出现的方案。
最重要的是，发出更明显信号的雄性会迫使雌性产下四个蛋，而不是三个。 这对雄性来说是件好事——他的基因库会产生更多的后代。 对于雌性来说，没有那么多，因为她将不得不花费更多的努力来确保所有的后代都能生存并达到独立的年龄。 因此，雌性开始与雄性平行发育，以便对它们的信号更有抵抗力。 结果可能有两种：冲突或合作。
在合作的情况下，雌性进化为产下3枚卵，像以前一样，雄性出现更强的信号，但继续对这些信号做出反应。 女性在自然界中的把戏就到此为止。 这样，不仅形成了一对，而且从信号-反应相互作用的角度来看，形成了一对在最佳生育水平上互相支持的夫妇。
粗略地说，雄性无法进化回来。 它们向雌性发出的增强信号会产生一窝三个卵，即不符合预期。 然而，将信号降低到之前的水平也将是无效的，因为这会导致窝中鸡蛋的数量减少到两个。 事实证明，这是一个恶性循环——雄性不能降低信号强度，也不能增加信号强度，因为在第一种情况下，雌性会生育更少的后代，而在第二种情况下，它们不会做出反应。
当然，无论是男性还是女性，都没有任何恶意或奴役对方的欲望。 整个过程发生在基因水平上，其唯一目的是为了一对夫妇的后代的利益和整个物种的福祉。
研究结果
科学家利用数学模型评估了两性合作可能发生的条件。 具有平均值的定量特性 zf 描述了女性对其后代的主要贡献。 最初，让平均值发展到其最佳值 佐普特，这取决于两个变量：投资收益（存活后代的数量）和女性投资成本（cf）。 后一个变量是在繁殖后评估的，这意味着一些雌性存活下来，并可能在第二年再次产生后代，从而导致世代数量的增加。
在本研究中，有几个术语会经常使用，值得稍微解释一下：
- 信号 - 男性对女性伴侣的关注（唱歌、跳舞和其他仪式），以成对的方式进行；
- 贡献 / 投资 - 雌性对这些信号的反应，表现为一窝产下更多的卵、有更多的时间照顾未来的后代等；
- 受访者 - 女性对男性发出的信号作出反应；
- 成本 — 雌性对后代的贡献成本（在巢中的时间、寻找食物的时间、由于一窝卵数量较多/较少而导致的健康状况等）。
使用自由重组双等位基因座修饰符来模拟新的雄性信号和雌性对其的反应，从而结合了定量和群体遗传方法。 在 轨迹*，它控制雌性的反应 (A)，最初观察到等位基因的频率较高 -应答者* (A2)，对应于预先存在的感知
轨迹* - 染色体遗传图谱上特定基因的位置。
等位基因* - 位于同源染色体相同基因座的同一基因的不同形式。 等位基因决定特定性状的发展路径。
反应基因* (Rsp) 是与分离紊乱因子（SD 基因）功能相关的基因，其活性等位基因 (Rsp+) 能够抑制 SD 表达。
信号基因座 (B) 最初固定于非信号等位基因 (B1)。 然后引入 B2 等位基因，导致雄性信号出现。
向男性展示信号也是有代价的（sm)，但将女性伴侣 (A2) 的贡献增加了值 α。 例如，α可以表示为一窝中多出的一个鸡蛋。 与此同时，女性贡献的增加也可以通过其对后代的积极影响的形式体现出来。
因此，雄性携带信号等位基因而雌性携带响应等位基因的一对（即 A2B2 对）具有来自雌性的额外贡献，因此比其他 3 个组合具有更高的繁殖力。
根据信号和对信号的反应的比例，男性和女性的组合变体。
次年存活繁殖的后代数量受到以下因素的影响 密度依赖性* 雏鸟内的情况以及对雏鸟后雏鸟密度的依赖。
密度依赖性* 当人口的增长率受到人口密度的调节时，就会发生密度依赖过程。
另一组变量与后代出生后女性和男性的死亡率有关。 这些变量由对育雏的贡献决定（cm - 男性的贡献， cf - 女性的贡献），男性的信号成本（sm）和非选择性死亡率（dm - 男性和 df - 女性）。
鳏夫、鳏夫、未成年人和任何以前单身的人联合起来组成新的配对，一年的周期就完成了。 在所研究的模型中，重点是遗传一夫一妻制，因此所有类型的性选择（即个体之间对伴侣的竞争）都被排除在计算之外。
信号演变、受访者和贡献之间的关系。
模型显示，当雄性发出信号而雌性做出反应时，就会实现稳定的平衡。 在平衡状态下，对后代的所有贡献都恢复到出现额外雄性信号之前的水平。
在图表上 А 上图展示了一个进化动力学的例子，雌性对后代的贡献回到最优水平，这是贡献数量性状进化的结果（绿色虚线是真正的贡献，绿色实线是由于女性对额外男性信号缺乏反应而未实现的贡献）。 在图表上 В 当性别间冲突导致失去受访者时，显示了另一个例子。
并在图表上 С 确定了影响该结果的两个参数：由附加信号引起的贡献的增加（α），以及女性此项投资的成本（cf）。 在图表的红色区域中，信号永远不会增加，因为它们的成本将超过收益。 在黄色和黑色区域，信号的频率增加，这导致女性的昂贵投资增加。 在黄色区域，对此的反应是通过减少量化投资特征来实现的，这导致信号和应答者的等位基因永久固定。 在黑色区域，响应的女性有更多的诱导投资，响应等位基因很快丢失，随后出现信号，就像传统的两性冲突模型一样（图 В).
红色和黄色区域之间的垂直边界代表雄性由于雌性平衡其信号传递成本而获得对后代的额外投资的点。 将黄色和黑色区域与红色区域分开的水平边界以类似的方式出现，但原因不太明显。 当女性的投资成本（cf) 都很低，那么贡献的最优值 (佐普特）会相对较高，因此在初始条件下女性的贡献会显着更大。 其结果是，信号为雄性带来的投资所带来的收益相对较少，而这又被其成本所抵消。
信号和响应固定的参数空间（黄色）根据选择强度和响应者等位基因的遗传方差而变化。 例如，当响应者的初始等位基因频率为 0.9 而不是图像 #0.99 中显示的 2 时，信号的引入会导致对响应者的更有效选择（初始遗传方差更高），并且黑色区域向左扩展。
雄性信号可能会出现，即使它们的代价是减少雄性对当前巢穴的贡献（参数化 超临界流体），从而直接影响 健康* 无论男性还是女性，而不是降低男性的生存可能性。
健康* - 繁殖具有某种基因型的个体的能力。
繁殖力成本和信号之间的关系（左）以及生存成本和信号之间的关系。
就生育能力而言，当雄性信号固定时（黄色区域），所有雄性对后代的投资都比发出信号之前要少。 在这种情况下，雌性的贡献将比雄性信号出现之前更大。
当雄性成本由繁殖力（而不是生存力）调节时，雌性投资的增加会增加每对后代的平均数量，但并不能完全补偿。 随着时间的推移，雌性贡献的增加会增加羽翼丰满的后代的平均数量，但会降低雌性的平均生存能力。 这导致这两种力量之间形成新的平衡，其中后代的平均数量低于正常生存力或初始条件（信号出现之前）的情况。
从数学的角度来看，它看起来是这样的：如果雄性信号将生育能力提高1%（但不提高生存能力），那么雌性生育后代的成本就会增加1.3%，但同时其死亡率也会增加0.5% %，每对的后代数量减少了0.16%。
如果女性贡献的平均值最初低于最佳水平（例如，由于环境影响），那么当刺激成本增长的信号显现出来时，就会出现一个平衡系统，即： 性别间合作。 在这种情况下，雄性信号不仅会增加雌性对后代的贡献，还会增加它们的适应性。
雄性和雌性的这种行为通常是由于外部变化（气候、栖息地、可用食物量等）而发生的。 有鉴于此，科学家认为，一些现代物种一夫一妻制的形成，而它们的祖先是一夫多妻制，是由于迁徙以及相应的环境变化所致。
为了更详细地了解这项研究的细微差别，我建议查看 и 对他
结语
这项研究从进化的角度论证了一夫多妻制和一夫一妻制之间的关系。 在鸟类王国中，雄性总是试图超越对方，以吸引雌性的注意：鲜艳的羽毛、优美的舞蹈，甚至展示自己的建筑能力。 这种行为是由于雄性之间的竞争造成的，这是一夫多妻制物种最常见的特征。 从雌性的角度来看，所有这些信号使得评估其共同后代将继承的雄性品质成为可能。 然而，随着时间的推移，雄性开始进化，它们的信号比竞争对手的信号更亮。 反过来，雌性也进化到能够抵制此类信号。 毕竟，必须始终保持平衡。 如果雌性为后代付出的成本与收益不成比例，那么增加成本就没有意义。 生下一窝 3 颗蛋并在孵化和养育后代的过程中幸存下来，比生下 XNUMX 颗蛋并为了保护它们而死去要好。
这种两性之间的利益冲突可能会导致人口灾难性下降，但进化却走了一条更明智的道路——沿着合作的道路。 在一夫一妻制的配对中，雄性继续以所有的荣耀来表达自己，而雌性则以对后代的最佳贡献来回应这一点。
奇怪的是，野生动物的世界没有道德原则、法律和规范，一切行为都是由进化、遗传和繁衍的渴望决定的。
也许对于浪漫主义者来说，对有翼之爱的这种科学解释似乎过于平淡，但科学家们却不这么认为。 毕竟，有什么比以这样一种方式进化更美好的：雌性和雄性之间存在平衡和真正的伙伴关系，考虑到双方的利益并着眼于子孙后代的利益。
周五非顶：
尽管这些鸟没有最漂亮的名字（鸊鷉），但它们的团圆舞却非常美丽。
离顶2.0：
天堂鸟是雄性在筑巢季节向雌性发送的各种信号的一个典型例子（BBC Earth，大卫·阿滕伯勒配音）。
感谢您的阅读，保持好奇心，祝大家周末愉快！ 🙂
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来源： habr.com