Wytrwałość kobiet przyczynia się do specjacji • Alexander Markov • Wiadomości naukowe o "elementach" • Biologia, ewolucja

Wytrwałość kobiet przyczynia się do specjacji

Dzięki świadomej lub nieświadomej selekcji ludzie stworzyli dekoracyjne rasy gołębi z fantazyjnymi piórami. W ten sam sposób kobiety z rajskich ptaków stworzyły rozkoszne stroje swoich mężczyzn. Zdjęcia z www.pigeoncote.com i en.wikipedia.org

Symulacja komputerowa wykazała, że ​​prawdopodobieństwo specjacji sympatrycznej (dzielenie pierwotnego gatunku na dwa przy braku barier geograficznych) wzrasta dramatycznie, jeśli kobiety mają możliwość wyboru partnerów na podstawie znaków wskazujących na dobre zdrowie samca. Co dziwne, dobór płciowy znacznie przyspiesza specjację, nawet jeśli samice dwóch rodzących się gatunków stosują te same kryteria przy wyborze samców.

Zaledwie kilka dekad temu specjacja sympatryczna była uważana za wyjątkowo mało prawdopodobną, a nawet niemożliwą. Jednak kilka nowych genialnych odkryć pokazało, że jest to nie tylko całkiem realne, ale także bardzo powszechne zjawisko w przyrodzie (lista dobrze zbadanych przypadków specjacji sympatrycznej i wybór powiązanych ogniw podano w notatce: Początkowa specjacja tropikalnych motyli, Elementy, 09.11 .2009).

W badaniach specjacji sympatrycznej teoria pozostaje nieco za praktyką: można było rejestrować i badać konkretne przypadki, ale dzięki mechanizmom, które sprawiają, że pojedyncza populacja jest podzielona na dwie reprodukcyjnie izolowane części, wciąż nie ma pełnej jasności. Aby specjacja sympretacyjna została ostatecznie ustanowiona w nauce jako "pełnoprawny" mechanizm ewolucyjny, potrzebne są dobre modele matematyczne, pokazujące, jak ten proces "działa" i od jakich czynników to zależy.

W historii biologii ewolucyjnej często zdarzało się, że dobry pomysł, dawno temu wyrażony przez jakiegoś genialnego teoretyka, a nawet wsparty faktami i obserwacjami, długo pozostawał "w cieniu" i nie znalazł powszechnej akceptacji, dopóki ktoś nie opracował matematycznego model, który wyjaśni wszystkim, jak i dlaczego ten pomysł działa. Przede wszystkim bez powodzenia teoria doboru płciowego. Ten absolutnie genialny (jak rozumiemy) pomysł został szczegółowo opracowany przez Darwina (patrz: C. Darwin, Pochodzenie człowieka i dobór seksualny, Djvu, 20 MB), ale współcześni nie rozumieli go i nie akceptowali go.Naukowcy po prostu nie mogli uwierzyć, że kobiety mogą aktywnie wybierać samców. Kobiety, według myślicieli epoki wiktoriańskiej, mogą tylko skromnie usiąść w kącie w eleganckim stroju i czekać, aż ktoś się z nimi ożeni.

Idea selekcji seksualnej stała się "na wpół zapomnianą ciekawością naukową", gdy Ronald Fisher w 1930 r. Ją ekshumował, opracował ją i dodał ważne szczegóły, o których Darwin nie myślał (patrz R. Fisher, Genetyczna teoria doboru naturalnego). W szczególności Fisher zdał sobie sprawę, że nie tylko kojarzenie samców, ale także smaki i selektywność samic są dziedziczone i ewoluują zgodnie z tymi samymi zasadami, co pozostałe znaki. Ta prosta myśl zamknęła najważniejsze luki w teorii Darwina i uczyniła ją w pełni operacyjną. Dziś wydaje się to niewiarygodne, ale poglądy Fishera dotyczące selekcji seksualnej również nie były postrzegane przez społeczność naukową. Zostali prawie zapomniani, gdy ponownie zostali wykopani z zapomnienia przez przedstawicieli następnej generacji biologów teoretycznych, którzy w końcu byli w stanie opracować przekonujące modele matematyczne. Dopiero od trzeciej próby teoria doboru płciowego otrzymała wreszcie zasłużone uznanie. Ta dramatyczna historia jest barwnie opisana w książce Geoffreya Millera. The Mating Mind: How It Is The Sexual Choice ukształtował ewolucję ludzkiej natury (PDF, 2,1 MB).

Dzisiaj nikt nie wątpi, że dobór płciowy jest potężną siłą ewolucyjną, która może pomnożyć efektywność "zwykłej" selekcji naturalnej i przyspieszyć ewolucję adaptacyjną (i nie tylko stworzyć "bezsensowne" dekoracje niepotrzebne do przeżycia i dziwacznego zachowania małżeńskiego). Jeśli samice wybierają samców nie przez arbitralne, pozbawione znaczenia kryteria, ale przez znaki odzwierciedlające kondycję lub "jakość genów" samca – na przykład, oznaki wskazujące na zdrowie i sprawność fizyczną – wówczas samice dramatycznie przyspieszają ewolucję.

Łatwo zrozumieć, dlaczego dobór płciowy poprawia efektywność doboru naturalnego: mężczyzna o obniżonej sprawności nie tylko ma mniejsze szanse na przeżycie, ale także staje się mniej atrakcyjny dla kobiet. Nawet bardzo małe różnice w sprawności, ledwo zauważalne w przypadku "zwykłej" selekcji, mogą być decydujące, jeśli chodzi o współzawodnictwo między mężczyznami, próbując oczarować wybredną kobietę. Ponadto wybór przestaje być "ślepy". Teraz jest on kierowany przez stworzenia, które wciąż mają pewne mózgi.Istoty te są zdolne do celowych działań i częściowo znaczących decyzji. Kobiety stają się hodowcami. Wybredny paw stworzyłem luksusowe wzory na ogony pawie samców, tak jak hodowcy gołębi stworzyli ozdobne ozdoby dla ozdobnych ras gołębi.

Mocno zakorzeniona w nauce teoria selekcji seksualnej pomaga dziś wyrwać się z cienia innego ważnego i niezasłużenie zapomnianego pomysłu – specjacji sympatrycznej. Wielu teoretyków od dawna rozumiało, że bez selekcji seksualnej i selektywnego krzyżowania, specjacja sympatryczna jest prawie niemożliwa. Problem polegał na tym, że wszystkim wydawało się, że dla specjacji sympatrycznej kobiety z dwóch gatunków wschodzących powinny mieć różne preferencje seksualne. I nie było jasne, dlaczego nagle kobiety w tej samej populacji miały różne upodobania (patrz: Jak odróżnić się od innych? Niekanoniczne mechanizmy izolacji reprodukcyjnej).

Sander van Dorn z Uniwersytetu w Bernie (Szwajcaria) i jego koledzy z Uniwersytetu w Groningen (Holandia) opublikowanego w najnowszym numerze czasopisma Nauka artykuł, który może definitywnie przekształcić specjację sympatryczną z marginalnej idei w ogólnie przyjętą teorię. Zakres jest już odczuwalny w tytule artykułu.Bez fałszywej skromności autorzy zatytułowali ją "O powstawaniu gatunków przez dobór naturalny i seksualny", która jest dokładnym powtórzeniem tytułu książki Karola Darwina, która obróciła cały świat, z wyjątkiem ostatniego, ale jednego słowa.

Model van Dorn i jego współpracowników pokazuje, że nawet jeśli wszystkie kobiety w populacji mają takie same preferencje seksualne, ich wybredność może radykalnie zwiększyć prawdopodobieństwo specjacji sympatrycznej. Oczywiście, aby tak się stało, muszą zostać spełnione pewne minimalne warunki.

Powszechnie uznaje się, że dobór płciowy z powodów wskazujących na dobre zdrowie lub dobre geny (takie są nazywane "wskaźnikami przydatności") zwiększa skuteczność, po pierwsze, negatywnej (oczyszczającej, stabilizującej) selekcji, czyli odrzucenia szkodliwych mutacji, a po drugie selekcja pozytywna (ruchoma), czyli utrwalanie użytecznych mutacji. Główną ideą van Dorn i jego współpracowników, których ucieleśnieniem jest model, jest to, że selekcja za pomocą "wskaźników przydatności" również zwiększa efektywność selekcji destrukcyjnej (przełamanie, wychowanie). Selekcja zakłócająca działa w przypadku, gdy skrajne warianty cechy są bardziej adaptacyjne (opłacalne),niż pośredni.

Ryc. 1. Podstawowe zasady modelu. Są obszary z małymi i dużymi nasionami. W przypadku małych nasion najskuteczniejszy dziób ma długość μAdla dużych – μB. Wzdłuż osi poziomej – długość dzioba, w pionie – sprawność (wydajność żywieniowa z takim dziobem) na działce z małymi nasionami (zielone krzywe) oraz z dużymi (niebieskie krzywe). A – krzywe sprawności są szerokie (ich szerokość jest odbijana przez wartość σ), selekcja destrukcyjna działa słabo; B – krzywe sprawności wąskie, selekcja destrukcyjna silna. Ryc. z danego artykułuNauka

Załóżmy, że istnieje populacja ptaków o średniej wielkości dziobach. Obszar, na którym mieszkają, składa się z dwóch rodzajów działek. W niektórych obszarach dominują rośliny o dużych nasionach, w innych – małe. Do kruszenia dużych nasion wygodniej jest mieć długi dziób, dla małych – krótki. W takiej sytuacji może rozpocząć się selekcja destrukcyjna. Oznacza to, że na tym skorzystają ptaki z dłuższymi lub krótszymi dziobami, ale nie pośrednie. Wiadomo, że u prawdziwych ptaków złowionych w podobnych warunkach może wystąpić specjacja sympatryczna (patrz: Specjacja na różnych wyspach to równoległe ścieżki, "Elementy", 03/15/2007).Pozostaje tylko zrozumieć, jak gatunki potrafią się rozdzielić, jeśli ich przedstawiciele, latający od miejsca do miejsca, spotykają się ze sobą i nikt im nie przeszkadza, tworząc mieszane pary i produkuje potomstwo hybrydowe o długości pośrednich dziobów.

Ryc. 2 Na obszarach o małych nasionach, samce z małymi dziobami czują się lepiej, więc mają dość siły, aby wyhodować piękne, ale drogie czerwone pióra na szyi – "wskaźnik przydatności". Na obszarach o dużych nasionach, samce z długimi rachunkami żyją lepiej, a klejnoty o krótkich banknotach są "niedrogie". Ryc. z danego artykułu Nauka

W rozważanym modelu wszystkie ptaki mają początkowo identyczne dzioby średniej długości, samce nie mają "wskaźników przydatności", a samice mają selektywność przy wyborze partnera, w związku z czym skrzyżowania występują losowo. Wszystkie objawy mogą się zmienić w wyniku mutacji. Dla większego prawdopodobieństwa długość dzioba zależy nie od jednego, ale od dziesięciu genów. Dorosłe ptaki żyją na swoich działkach, młode ptaki mogą migrować na inne działki. Zmienna specjalna określa intensywność migracji.Na obszarach o dużych nasionach osoby z dużymi dziobami czują się lepiej i odwrotnie. Ptak, który je lepiej, ma większą szansę osiągnięcia dojrzałości. Ponadto jej ciało ma dużą ilość zasobów. Mężczyźni mogą skierować część tych zasobów na tworzenie czerwonego upierzenia, które służy jako "wskaźnik kondycji". Samice mogą nabyć umiejętność wyboru samców dla tej cechy.

Zarówno czerwone upierzenie, jak i selektywność samic są atrybutami "kosztownymi". Oznacza to, że część zasobów ciała, które można wykorzystać do zwiększenia przeżycia, przeznaczana jest na ich rozwój. Mężczyźni płacą za swoje piękno, zmniejszając szanse przeżycia. Dlatego ta funkcja może służyć jako wskaźnik sprawności. Gdyby czerwone upierzenie było "wolne", wszyscy mężczyźni szybko staliby się zawodowymi oszustami, a selektywność samic straciłaby sens. Fakt, że selektywność samic nie jest również cechą "wolną", jest mniej ważny, ale realistyczny. Ewolucja z reguły stara się oszczędzać na mózgach (patrz: Znalezienie piskląt założyciela – zbyt trudne zadanie dla mózgu ptaka ?, "Elementy", 12/21/2009).Tak więc w tym modelu mężczyźni nie mogą wyćwiczyć innych ozdób, z wyjątkiem czerwonych piór na szyi. Kobiety ze swej strony nie mogą wypracować innych preferencji poza miłością rudowłosego mężczyzny. W szczególności kobiety nie mogą nauczyć się wybierać samców przez długość ich dzioba.

Główne parametry wejściowe modelu to intensywność migracji młodych ptaków i szerokość krzywej przydatności (wartość σ na rysunku). Im większa sigma, tym łatwiej jest rozłupać nasiona nieodpowiednim dziobem. Razem te dwie wielkości określają intensywność selekcji zakłócającej.

W tym modelu ptaki nie mają możliwości rozwinięcia izolacji reprodukcyjnej, tj. Zaprzestania hodowli z "obcymi" i produkcji potomstwa hybrydowego. Paradoksalnie w ten sposób zachodzi specjacja sympatyk. W tym przypadku udana specjacja jest rozumiana jako podział populacji na dwie subpopulacje, które wyraźnie różnią się długością dzioba, z zerową lub wyjątkowo niską liczbą "pośrednich" osobników.

Ryc. 3 Ewolucja populacji modeli z różnymi parametrami wejściowymi. A – ludność pozostaje zjednoczona, B – była specjacja sympatryczna. Na dużych wykresach na osi pionowej ustaw długość dzioba, poziomo – czas (w pokoleniach), odcienie zieleni pokazuje częstotliwość występowania osobników o odpowiadającej długości dzioba. Na małych wykresach pionowo również położył długość dzioba, poziomo – częstotliwość występowania (dla pokolenia nr 40 000). Ryc. z danego artykułu Nauka

Po pierwsze autorzy zbadali zachowanie modelu bez "wskaźnika przydatności" i selektywności seksualnej. Jak można się było spodziewać, w takiej sytuacji specjacja sympatryczna występuje tylko przy skrajnych wartościach parametrów: albo z niemal całkowitym brakiem migracji, albo z bardzo małą sigmą. W innych przypadkach siła selekcji destrukcyjnej wystarcza jedynie do utrzymania wysokiego poziomu genetycznego polimorfizmu i zmienności długości dzioba w populacji, ale nie jest możliwe "rozbicie" populacji na dwie części.

Następnie modelowe ptaki "wolno" nabyć w wyniku mutacji, selektywności seksualnej i zdolności do wydawania części zasobów na czerwone pióra. Efekt okazał się nieoczekiwanie silny: teraz początkowy obraz zaczął rozpadać się na dwie części, nawet przy aktywnej migracji i dużej sigmie (ryc. 4).Tak więc model pokazał, że dobór płciowy na wskaźniku sprawności może radykalnie zwiększyć prawdopodobieństwo specjacji sympatrycznej.

Ryc. 4 Zależność specjacji sympatrycznej od doboru płciowego. Oś pionowa – intensywność migracji (0 – ptaki nigdy nie przemieszczają się z miejsca na miejsce, 1 – pełne mieszanie w każdym pokoleniu). Wzdłuż osi poziomej – sigma (patrz rys. 1). Zielony obszar, w którym specjacja sympatryczna występuje nawet bez pomocy doboru płciowego, jest zacieniony. Wewnątrz żółty obszar specjacja sympatryczna występuje tylko wtedy, gdy samce mają możliwość nabycia "wskaźnika przydatności", a samice – przez selektywność płciową. Siła zakłócającej selekcji wzrasta po przekątnej od góry do dołu i od prawej do lewej. Szary kolor obszar, w którym selekcja nie jest destrukcyjna, ale obserwuje się stabilizację (osoby o pośredniej długości dzioba mają maksymalną zdolność adaptacji). Ryc. z danego artykułuNauka

Na pierwszy rzut oka wydaje się to bardzo dziwne. Powiedzmy, że te dwa gatunki są już podzielone.Ale przy wysokim poziomie migracji wiele samic z krótkimi włosami osiądzie na obszarach o dużych nasionach. Jeśli przeżyją, mężczyźni zostaną wybrani na czerwone upierzenie. Na poletku z dużymi nasionami czerwone upierzenie wystąpi u samców z dużymi dziobami. Zatem samice o krótkich dziobach w "nieodpowiednim" dla nich miejscu systematycznie podejmują "niewłaściwy" wybór i produkują potomstwo z pośrednim rozmiarem dzioba. Jednak na rys. 3B, widzimy, że częstotliwość występowania pośrednich dziobów po udanej specjacji sympatrycznej jest bliska zeru. Jak to działa?

Kluczem jest to, że fitness w tym modelu, tak jak w życiu, jest pojęciem relatywnym. To, czy ptak z danym rozmiarem dzioba przetrwa w tym obszarze, nie zależy tylko (i nie tyle) od tego, jak jego dziób odpowiada nasionom w okolicy. Los ptaka zależy od wyniku jego konkurencji z własnym gatunkiem. Jeśli nasiona są duże, a dziób ptaka jest mały lub średni, nie jest to wyrok śmierci. Jeśli wszystkie ptaki wokół są również małymi lub średnimi dziobami, ptak ten ma duże szanse na przeżycie. Ale jeśli wszyscy wokół mają duże dzioby, jej szanse są znikome.Każda populacja produkuje więcej potomków, niż może żywić się na tym terytorium. To nie są ci "ogólnie" dobrze przystosowani do tego środowiska, ale ci, którzy są dobrze przystosowani w porównaniu do reszty.

Tak więc w początkowej sytuacji, gdy wszystkie ptaki mają średniej wielkości dzioby, na każdym z nich można prowadzić normalne życie, mając przeciętny dziób. Ale gdy tylko populacja zaczyna rozpadać się na dwie, zaczynają się ciężkie czasy dla ptaków o średnich rachunkach. W obu rodzajach fabuł są one bezwzględnie wypierane przez specjalistów – długofalowych i krótkolubnych konkurentów. Selekcja seksualna działa po prostu jako destrukcyjny wzmacniacz selekcji. Ale gdy tylko populacja zacznie się rozejść, selekcja zakłócająca jest dodatkowo wzmacniana przez fakt rozbieżności. Im dalej, tym skuteczniejsze jest odrzucenie pośrednich osób. W wyniku tego selekcja zaczyna usuwać ptaki o średnich stawkach z populacji szybciej, niż się rodzą.

Oczywiście mechanizm rozważany w tym modelu nie jest jedynym możliwym "katalizatorem" specjacji sympatrycznej. Specjalizacja sympatryczna stanie się jeszcze bardziej prawdopodobna, jeśli "zmienisz" wzorzec migracji ptaków podczas ewolucji.Na przykład, ptaki mogą opracować algorytm "migrować tylko wtedy, gdy nie ma dogodnych dla ciebie nasion" lub "osiedlić się tylko tam, gdzie jest dużo wygodnych nasion". Doprowadzi to do gwałtownego zmniejszenia częstotliwości hybrydyzacji. Inna możliwość wiąże się z opracowaniem mechanizmu selekcji partnerów "z okiem samym w sobie" lub przy użyciu imprintingu. Na przykład samica może preferować partnerów z tym samym dziobem, co jej lub jej ojca. Podobne przykłady są znane, w tym wśród ptaków (patrz: płeć piskląt zależy od opinii samicy o swoim mężu, "Elements", 23.03.2009).

Źródło: G. Sander van Doorn, Pim Edelaar, Franz J. Weissing. O pochodzeniu selekcji naturalnej i seksualnej // Nauka. 2009. V. 326. P. 1704-1707.

Zobacz także:
Początkowy etap specjacji w tropikalnych motylach został odnotowany "," Elements ", 11/09/2009 (na końcu tej notatki znajduje się lista dobrze zbadanych przypadków specjacji sympatric z linkami).

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:

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