Ženskova privlačnost prispeva k speciaciji • Alexander Markov • Znanstvene novice o "Elementih" • Biologija, evolucija

Preobčutljivost žensk prispeva k speciaciji

S zavestno ali nezavedno selekcijo so ljudje ustvarili dekorativne pasme golobov z modrim perjem. Na enak način so ženske rajskih ptic ustvarile čudovite obleke svojih moških. Fotografije iz www.pigeoncote.com in en.wikipedia.org

Računalniška simulacija je pokazala, da se verjetnost simpatričnih speciacij (razdelitev izvirne vrste na dve v odsotnosti geografskih ovir) dramatično povečuje, če imajo ženske možnost, da izberejo partnerje na podlagi znakov, ki kažejo dobro zdravje moškega. Čudno je, da spolna selekcija dramatično pospeši speciacijo, čeprav ženske dveh rodnih vrst uporabljajo enaka merila pri izbiri moških.

Pred nekaj desetletji se je simpatična speciacija štela za izredno malo verjetna ali celo nemogoča. Vendar so številna nova briljantna odkritja pokazala, da to ni le precej resnično, temveč tudi zelo pogost pojav v naravi (seznam dobro raziskanih primerov simpatričnih speciacij in izbira povezanih povezav so podane v opombi. Začetna speciacija tropskih metuljev, Elements, 09.11 .2009).

V študiji sympatric speciation je teorija nekoliko zaostajala za prakso: bilo je mogoče registrirati in preučiti posebne primere, vendar z mehanizmi, ki omogočajo, da se posamezno prebivalstvo razdeli na dva reproduktivno izolirana dela, še vedno ni popolne jasnosti. Da bi simpatična speciacija končno morala biti vzpostavljena v znanosti kot "polnopravni" evolucijski mehanizem, so potrebni dobri matematični modeli, ki kažejo, kako deluje ta proces in o katerih dejavnikih je odvisno.

V zgodovini evolucijske biologije se je pogosto zgodilo, da dobra ideja, ki jo je nekoč že izrazila nekatera briljantna teoretičarka in celo podprta z dejstvi in ​​opazovanji, že dolgo ostaja "v senci" in ni našel univerzalnega sprejema, dokler nekdo ni razvil matematične model, ki bi vsakomur razložil, kako in zakaj ta ideja deluje. Predvsem pa ni teorije o spolnosti. To absolutno briljantno (kot smo zdaj razumeli) idejo je podrobno razvil Darwin (glej: C. Darwin, Človekovo poreklo in spolna selekcija, Djvu, 20 MB), toda sodobniki tega niso razumeli in ga niso sprejeli.Znanstveniki preprosto niso mogli verjeti, da ženske aktivno izbirajo moške. Ženske, glede na mislece viktorijanske dobe, lahko le skromno sedijo v kotu v pametni obleki in počakajo, da se nekdo poroca z njimi.

Ideja spolne selekcije je postala "pol pozabljena znanstvena radovednost", ko ga je Ronald Fisher leta 1930 ekshumiral, razvil in dodal pomembne podrobnosti, o katerih Darwin ni razmišljal (glej R. Fisher, Genetska teorija naravne selekcije). Še posebej je Fisher spoznal, da se tudi dedovanje moških, pa tudi okus in selektivnost samic podedujejo in razvijajo v skladu z enakimi pravili kot ostali znaki. Ta preprosta misel je vključila najpomembnejše razlike v Darwinovi teoriji in jo popolnoma začela uporabljati. Danes se zdi neverjetno, vendar pa znanstvena skupnost tudi ni zaznala Fisherjeve zamisli o spolni izbiri. Skoraj so jih pozabili, ko so jih znova pozabili predstavniki naslednje generacije teoretičnih biologov, ki so končno lahko razvili prepričljive matematične modele. Le po tretjem poskusu je teorija spolne izbire končno dobila zasluženo priznanje. Ta dramatična zgodba je pisano napisana v knjigi Geoffreyja Millerja. Razmislek: Kako je seksualna izbira oblikovala evolucijo človeške narave (PDF, 2.1 MB).

Danes nihče ne dvomi, da je spolna selitev močna evolucijska sila, ki lahko pomnoži učinkovitost »navadne« naravne selekcije in pospeši adaptivni razvoj (in ne samo ustvarjanje »brezmadežnega« dekoracij, ki so nepotrebne za preživetje in bizarno zakonsko obnašanje). Če ženske izberejo moške ne po samovoljnih nesmiselnih merilih, ampak znaki, ki odražajo fitness ali "kakovost genov" moškega – na primer znaki, ki kažejo na zdravje in telesno pripravljenost – potem ženske dramatično pospešijo evolucijo.

Lažje je razumeti, zakaj spolna selekcija izboljša učinkovitost naravne selekcije: moški z zmanjšano telesno pripravljenostjo ima manj možnosti za preživetje, postane pa manj privlačen tudi za ženske. Celo zelo majhne razlike v fitnesu, ki so komaj opazne za "navadno" izbiro, so lahko odločilne, ko gre za konkurenco med moškimi pri poskusu očaranja prežne ženske. Poleg tega izbira preneha biti "slepa". Zdaj ga usmerjajo bitja, ki imajo še vedno nekaj možganov.Ta bitja so zmožna namernih dejanj in delno pomembnih odločitev. Ženske postanejo rejci. Pikovski pav ustvarili luksuzni vzorci na repu moških parov, prav tako kot gojitelji vzrejajo fancy okraske za dekorativne pasme golobov.

Teorija seksualne selekcije, ki je trdno utrjena v današnjem času, pomaga izvleči iz sence druge pomembne in nezasluženo pozabljene zamisli – simpatična speciacija. Mnogi teoretiki že dolgo razumejo, da brez simptorske speciacije brez spolne selekcije in selektivnega križanja ni mogoče. Problem je bil, da se je vsakomur zdelo, da bi morale za simpatrično speciacijo ženske dveh nastajajočih vrst imeti drugačna spolne preference. In ni bilo jasno, zakaj so nenadoma ženske v isti populaciji imele različne okuse (glej: Kako se razlikujemo od drugih? Nonkanonični mehanizmi reproduktivne izolacije).

Sander van Dorn z Univerze v Bernu (Švica) in njegovi kolegi z Univerze v Groningenu (Nizozemska) so objavili v zadnji številki revije Znanost članek, ki lahko definitivno preoblikuje simpatrično speciacijo iz marginalne ideje v splošno sprejeto teorijo. Obseg je že zaznan v naslovu članka.Brez lažne skromnosti so avtorji naslovili »O poreklu vrst po naravni in spolni selekciji«, kar je natančno ponovitev naslova knjige Charlesa Darwina, ki je obrnil svet, razen zadnje, a samo eno besedo.

Model van Dorn in njegovi kolegi kažejo, da tudi če imajo vse ženske v populaciji iste spolne preference, lahko njihova privlačnost radikalno poveča verjetnost simpatričnih speciacij. Seveda je za to treba doseči določen minimalni pogoj.

Splošno je splošno priznano, da spolna selekcija na podlagi razlogov, ki kažejo na dobro zdravje ali dobre gene (ti znaki se imenujejo "kazalniki primernosti"), povečujejo učinkovitost, prvič, negativno (čiščenje, stabiliziranje) izbire, to je zavrnitev škodljivih mutacij, drugič – pozitivna (premikajoča) selekcija, to je fiksiranje koristnih mutacij. Glavna ideja van Dorn-a in njegovih kolegov, ki je vključena v model, je, da izbor s "kazalniki primernosti" poveča tudi učinkovitost motečega (izbruha, vzreje) izbire. Disruptive izbira deluje v primeru, da so ekstremne variante lastnosti bolj prilagodljive (donosne),kot intermediat.

Sl. 1. Osnovna načela modela. Obstajajo območja z majhnimi in velikimi semeni. Za mala semena je najučinkovitejši kljun dolgaAza velike – μB. Ob horizontalni osi – dolžino kljuna, na navpičnem – fitnes (hranilna učinkovitost s takim kljunom) na parceli z majhnimi semeni (zelene krivulje) in z velikimi (modre krivine). A – krivulje fitnesa so široke (njihova širina se odraža z vrednostjo σ), moteča izbira deluje šibko; B – krivulje telesne ozke, moteče izbire močne. Sl. iz zadevnega členaZnanost

Recimo, da je populacija ptic s kljunami srednje dolge. Območje, kjer živijo, je sestavljeno iz dveh vrst parcel. Na nekaterih območjih prevladujejo rastline z velikimi semeni, v drugih – z majhnimi. Za drobljenje velikih semen je bolj primerno, da imajo kljun, za majhne – kratko. V takšni situaciji se lahko začne moteča izbira. To pomeni, da bodo koristile ptice z daljšimi ali krajšimi kljami, vendar ne z vmesnimi. Znano je, da se pri resničnih pticah, ujetih v podobnih pogojih, lahko pojavijo simpatrične speciacije (glej: Speciacija na različnih otokih je vzporedna pot, "Elements", 15.3.2007).Ostaneva le razumeti, kako se vrstam uspeva ločiti, če se njihovi predstavniki, ki plujejo od mesta do mesta, se zdaj in potem srečujejo drug z drugim in jih nihče ne moti, da oblikujejo mešane pare in proizvajajo hibridne potomce z vmesnimi kljami v dolžini.

Sl. 2 Na območjih z majhnimi semeni se moški z majhnimi kljunovi počutijo bolje, zato imajo dovolj moči, da rastejo lepo, a drago rdeče perje okoli vratu – "kazalnik fitnesa". Na območjih z velikimi semeni imajo moške z dolgim ​​bivanjem boljše življenje, kratkorezne dragulje pa "niso dostopne". Sl. iz zadevnega člena Znanost

V obravnavanem modelu imajo vse ptice sprva enake kljuke srednje dolge, moški nimajo "fitnes indikatorjev", ženske pa imajo selektivnost pri izbiri partnerja, zato prehodi potekajo naključno. Vsi znaki se lahko spremenijo zaradi mutacij. Za večjo verjetnost je dolžina kljuna odvisna ne od enega, ampak od desetih genov. Odrasle ptice živijo na svojih parcelah, mlade ptice se lahko preselijo na druge parcele. Posebna spremenljivka določa intenziteto migracij.Na območjih z velikimi semeni se posamezniki z velikimi kljami počutijo bolje in obratno. Ptica, ki jedo bolje, ima boljše možnosti za doseganje zrelosti. Poleg tega ima njeno telo veliko virov. Moški lahko del teh virov usmerijo v oblikovanje rdečih perje, ki služi kot "kazalec fitnesa". Ženske lahko pridobijo možnost, da izberejo moške za to lastnost.

Rdeči perje in selektivnost samic sta »dragi« atributi. To pomeni, da se del telesnih virov, ki se lahko uporabijo za povečanje preživetja, porabi za njihov razvoj. Moški plačujejo svojo lepoto z zmanjšanjem možnosti preživetja. Zato lahko ta funkcija služi kot pokazatelj primernosti. Če so rdeče perje bile "brezplačne", bi vsi moški hitro postali poklicni prevaranti, selektivnost žensk pa bi izgubila svoj pomen. Dejstvo, da selektivnost samic tudi ni "svobodna", je manj pomembna, a realistična. Evolution, kot pravilo, skuša rešiti možgane (glej: Iskanje mladenke – pretežka naloga za ptičje možgane ?, Elementi, 21. 12. 2009).Tako v tem modelu samci ne morejo izdelati drugih okraskov, razen rdečih peres na vratu. Ženske, z vidika ljubezni rdečih kosmičev, ne morejo izrabljati drugih želja. Zlasti se ženske ne morejo naučiti, da izbirajo moške po dolžini kljuna.

Glavni vhodni parametri modela so intenziteta migracij mladih ptic in širina fitnes krivulje (vrednost σ na sliki). Čim večji je sigma, lažje je, da se seme zlomi z neustreznim kljunom. Skupaj ti dve količini določata intenzivnost moteče izbire.

V tem modelu ptice nimajo priložnosti za razvoj reproduktivne izolacije, to je zaustaviti razmnoževanje s "tujci" in proizvesti hibridne potomce. Paradoksalno je, da se simpatična speciacija pojavlja na ta način. V tem primeru se uspešna speciacija razume kot delitev populacije v dve subpopulaciji, ki se jasno razlikujeta glede na dolžino kljuna z ničelno ali izredno nizko število "vmesnih" posameznikov.

Sl. 3 Razvoj modela populacije z različnimi vhodnimi parametri. A – prebivalstvo ostaja enotno, B – obstajala je simpatična speciacija. Na velikih grafikonih na navpični osi dal dolžino kljuna, horizontalno – čas (v generacijah), odtenki zelene kaže pogostost pojavljanja posameznikov z ustrezno dolžino kljuna. Na majhnih grafikonih navpično določil tudi dolžino kljuna, horizontalno – pogostost pojavljanja (za proizvodnjo št. 40.000). Sl. iz zadevnega člena Znanost

Prvič, avtorji so preučevali vedenje modela brez "kazalca fitnesa" in spolne selektivnosti. Kot je bilo pričakovati, se v takšni situaciji simpatična speciacija zgodi le s skrajnimi vrednostmi parametrov: s skoraj popolno odsotnostjo migracij ali z zelo majhno sigmo. V drugih primerih je moč motečih selekcij dovolj, da ohranijo visoko raven genetskega polimorfizma in variabilnost dolžine kljuna v populaciji, vendar populacije ni mogoče "prelomiti" na dve.

Potem so modelne ptice "dovolile", da bi zaradi mutacij, spolne selektivnosti in zmožnosti porabiti nekaj sredstev na rdečih perjah. Učinek se je izkazal za nepričakovano močan: zdaj se je začetni pogled začel razpadati v dveh, tudi z aktivnim preseljevanjem in velikim sigma (slika 4).Tako je model pokazal, da lahko spolna selekcija na kazalcu fitnesa radikalno poveča verjetnost simpatričnih speciacij.

Sl. 4 Odvisnost simpatričnih speciacij na spolni izbiri. Navpična os – intenzivnost migracije (0 – ptice se nikoli ne premikajo z mesta na mesto, 1 – popolno mešanje v vsaki generaciji). Ob horizontalni osi – sigma (glej sliko 1). Zelena območje, na katerem se pojavi simpatična speciacija, tudi brez pomoči spolne selekcije. Znotraj rumeno območje simpatična speciacija se zgodi samo, če imajo moški možnost pridobiti "kazalnik fitnesa" in samice – s spolno selektivnostjo. Moč motečih izbir se poveča diagonalno od zgoraj navzdol in od desne proti levi. Siva barva območje, v katerem izbira ni moteča, vendar se opazi stabilizacija (posamezniki s vmesno dolžino kljuna imajo največjo prilagodljivost). Sl. iz zadevnega členaZnanost

Na prvi pogled se zdi zelo čudno. Recimo, da sta dve vrsti že razdeljeni.Toda z visoko stopnjo priseljevanja se bo veliko krajših žensk naselilo na območjih z velikimi semenami. Če preživijo, bodo moški izbrani za rdeče perje. Na parceli z velikimi semeni bo rdeča perja v moških z velikimi kljunami. Tako bodo kratkoplavljene ženske na "neprimernem" območju za njih sistematično naredile "napačno" izbiro in proizvajajo potomce s vmesno velikostjo kljuna. Vendar pa na sl. 3B, vidimo, da je pogostost pojavljanja vmesnih kljunkov pri uspešni simpatični speciaciji blizu nič. Kako to deluje?

Ključno je, da je fitnes v tem modelu, kot v življenju, relativen koncept. Ali ptica z določeno velikostjo kljuna preživi na tem področju, ni odvisna samo (in ne toliko) od tega, kako kljun ustreza semenam na tem območju. Usodo ptice določi izid njene konkurence s svojo naravo. Če je seme veliko in ptičji kljun majhen ali srednji, to ni smrtna kazen. Če so vse ptice okoli majhnih ali srednje klinov, ima ta ptica dobre možnosti, da preživijo. Ampak, če ima vsakdo velik kljun, so njene možnosti zanemarljive.Vsaka populacija proizvaja več potomcev, kot se lahko prehranjuje na tem območju. Niso tisti, ki so "splošno" dobro prilagojeni temu okolju, temveč tisti, ki so dobro prilagojeni v primerjavi z ostalimi.

Tako je v začetni situaciji, ko imajo vse ptice srednje velikih kljunov, na katerem koli mestu lahko živite normalno življenje, s povprečnim kljunom. Toda takoj, ko se prebivalstvo začne razčleniti na dva, začnejo težki časi za srednje plačane ptice. V obeh vrstah ploskev so brezskrbno zamenjani s strani strokovnjakov – dolgoletnih igralcev in kratkotlačnih konkurentov. Spolna izbira deluje preprosto kot moteči izbirni ojačevalnik. Toda takoj, ko se populacije začnejo razhajati, se moteča izbira dodatno poveča zaradi neskladja. Bolj ko gre, bolj učinkovito zavračanje vmesnih posameznikov. Kot rezultat, izbira začne odstranjevati ptice s povprečno zaračunano populacijo hitreje kot pri rojstvu.

Seveda mehanizem, obravnavan v tem modelu, ni edini možni "katalizator" simpatričnih speciacij. Simpatrična speciacija bo postala še bolj verjetna, če med evolucijo "spremenite" migracijski vzorec ptic.Na primer, ptice lahko izdelajo algoritem "migrirajo samo, če za vas ni primernih semen" ali "se naselite le, če je veliko primernih semen". To bo povzročilo močno zmanjšanje frekvence hibridizacije. Druga možnost je povezana z razvojem partnerskega mehanizma za izbor "s pogledom na samega sebe" ali z uporabo vtisov. Na primer, ženske morda raje volijo partnerje z enakim kljunom kot njenim ali očetovim. Podobni primeri so znani, tudi med pticami (glej: Pol piščancev je odvisen od mnenja ženske o njenem možu, Elements, 23.03.2009).

Vir: G. Sander van Doorn, Pim Edelaar, Franz J. Weissing. O izvoru naravnega in spolnega izbora // Znanost. 2009. V. 326. str. 1704-1707.

Glej tudi:
Zapisana je bila začetna faza speciacije v tropskih metuljih "," Elements ", 11.9.2009 (na koncu tega sporočila je seznam dobro raziskanih primerov simpatričnih speciacij s povezavami).

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Dodaj odgovor

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: