Seksuel udvælgelse beskytter mod udryddelse • Alexander Markov • Videnskabsnyheder om "Elements" • Genetik, Entomologi, Evolution

Seksuel udvælgelse beskytter mod udryddelse

Fig. 1. Lille hvid-faced Crush Tribolium castaneum: larver, pupper og voksne. Billede fra pbt.padil.gov.au

Seksuel gengivelse er udbredt i naturen, selv om det er usædvanligt, forekommer det både lettere og mere effektivt. En af fordelene ved seksuel reproduktion er formodentlig at den introducerer en speciel form for udvælgelse – seksuel udvælgelse, som hjælper det "almindelige" naturlige udvalg til at rydde genpoolen af ​​skadelige mutationer. Resultaterne af et syvårigt evolutionært eksperiment på biller Tribolium castaneum viste, at seksuel udvælgelse virkelig hjælper med at reducere den genetiske byrde og beskytter befolkningen mod udryddelse. De eksperimentelle populationer, hvor der var flere mænd til hver kvinde (hvilket betyder, at der var et valg og seksuel udvælgelse kunne fungere) akkumulerede færre recessive skadelige mutationer end populationer med samme antal, men ikke overskydende mænd.

Der er flere hypoteser, der forklarer, hvad der er brugen af ​​sex, og hvorfor det ikke er overfyldt i løbet af evolutionen ved at simplere og mere bekvem aseksuel reproduktion (se links i slutningen af ​​nyhederne). Nogle af disse ideer har empiriske beviser, mens andre kun er baseret på formler og computermodeller.

Ifølge en hypotese er seksuel reproduktion nyttig for befolkningen på mellemlang og lang sigt, fordi det giver mulighed for seksuel udvælgelse, som effektivt fjerner genpoolen fra skadelige mutationer. Hypotesen ser ret plausibel ud, det eneste spørgsmål er, om seksuel udvælgelse er virkelig effektiv i denne henseende. Teoretisk set bør det være. Seksuel udvælgelse skyldes valg af seksuelle partnere og konkurrence for dem. Selve køn er sædvanligvis kvindelig, konkurrerende og forførende – mand, selv om dette kan variere afhængigt af hvis reproduktive ressourcer er mangelfulde, og hvis – i overflod (se: Mænd og kvinder ændrer roller, når vejret ændres, "Elements", 27.12 0,2012).

På en eller anden måde er det ikke nok for en reproduktiv organisme at reproducere simpelthen for at nå modenhed: man må også bevise sin konkurrenceevne i direkte konkurrence med sin egen art. Det er logisk at antage, at i en sådan konkurrence er individets "kvalitet af gener" bedre og mere åbenbaret end i en upersonlig kamp med elementerne. Selv en lille defekt, der ikke forstyrrer overlevelse, kan være afgørende, når det kommer til turneringskampe med andre mænd eller forsøger at forføre en særlig kræsne kvinde.Derfor antages det, at en bredere vifte af svagt skadelige mutationer falder ind i synsvinklen for seksuel udvælgelse sammenlignet med almindeligt naturligt valg, således at den gennemsnitlige far bærer betydeligt færre sådanne mutationer i hans genom end den gennemsnitlige mand, der har levet til reproduktiv alder (JL Tomkins et al. ., 2004. Genisk indfangning og løsning af paradokset).

Trods konsistensen af ​​denne ide var det ikke let at bekræfte det empirisk. De få evolutionære eksperimenter oprettet specifikt for at teste det gav modstridende resultater. I nogle tilfælde førte en kunstig stigning i seksuel udvælgelse (for eksempel ved at øge andelen af ​​mænd i befolkningen) til en stigning i fitness, i modsat fald til et fald.

Den vigtigste faktor, der forårsager denne forvirring, synes at være sexkonkonflikten (seksuel konflikt). Sådan kalder man en situation, når køns optimale reproduktive strategier ikke falder sammen, og derfor er tilpasninger, der forbedrer mænds kondition, skadelige for kvinder (eller omvendt). For eksempel i Drosophila fører intens konkurrence til kvinder til udvikling af øget seksuel aktivitet hos mænd.Samtidig bliver kvinder fra overdreven grooming gammel tidligt og lægger færre æg, hvilket er dårligt for befolkningen som helhed (se: Kvinder alder langsomt, hvis de ikke konkurrerer om dem, Elements, 25.01.2014). Mennene er ligeglad: Det er vigtigt for dem at vinde andre mænds konkurrence og befrugte flere kvinder, selvom den gennemsnitlige fecunditet af hver kvinde på grund af dette falder en smule.

Et andet eksempel på mandlig tilpasning, understøttet af seksuel udvælgelse og skadelig for kvinder, er de giftige stoffer indeholdt i sædvæsken af ​​samme frugtflyvning. Disse stoffer reducerer kvindens liv, men øger chancerne for at hanen bliver den eneste far til hendes afkom. Hunnerne udvikler sig for deres beskyttelse mod mandlig gift, men denne beskyttelse er ikke fri: du skal betale for det med nedsat fertilitet. Interessant nok forsvinder alle disse problemer med overgangen til monogami. Hvis du har en seksuel partner for livet, er din reproduktive succes nøjagtigt den reproduktive succes. I dette tilfælde kan udvælgelsen ikke længere understøtte tilpasninger, der øger fitnessen af ​​et køn til skade for den anden. Muligheden for seksuel udvælgelse til afvisning af skadelige mutationer vil dog være begrænset (eller fuldstændig ugyldiggjort,hvis monogami suppleres med et tilfældigt valg af en partner: i naturen er det næppe muligt, men i eksperimentet – venligst).

I de nævnte evolutionære eksperimenter, der viste den negative effekt af seksuel udvælgelse på fitness, kom konflikten mellem kønserne højst sandsynligt frem. Samtidig blev effekten af ​​at reducere den genetiske belastning enten maskeret af effekten af ​​kønets konflikt eller havde ikke tid til at manifestere sig, fordi det kræver mere tid. For at vurdere effekten af ​​seksuel udvælgelse på afvisningen af ​​skadelige mutationer er det derfor vigtigt at vælge objektet og forholdene, således at konflikten mellem kønnene minimeres, og eksperimentet skal udføres længere.

Biologer fra Storbritannien, Polen, Schweiz og Spanien har gennem de syv år udført et evolutionært eksperiment på et stille og fredeligt objekt, hvor kønsbestemmelsen praktisk talt ikke udtrykkes – en lille jakalskrus Tribolium castaneum (Figur 1). Projektets skema er vist i fig. 2.

Fig. 2. Ordningen i det evolutionære eksperiment. Billede fra artiklen i diskussion natur

Forsøget blev udført i to versioner (A og B). I hver variant deltog seks populationer.I tre af dem blev der skabt gunstige betingelser for seksuel udvælgelse, i de tre andre var seksuel udvælgelse vanskelig eller umuligt. Intensiteten af ​​seksuel udvælgelse blev bestemt af forholdet mellem mænd og kvinder. Alle andre forhold, herunder den effektive befolkningsstørrelse (effektiv befolkningsstørrelse), var de samme inden for hver mulighed.

I variant A deltog enten 10 kvinder og 90 mænd (stærk seksuel udvælgelse) i hver generation eller vice versa – 90 kvinder og 10 mænd (svagt seksuel udvælgelse). Hanner og kvinder blev efterladt sammen i en uge, hvor de parrede og lagde æg. Tidligere fandt forfatterne, at en mand hrushaka per uge befrugter et gennemsnit på 50 kvinder, hvis den har ubegrænset adgang til dem og ikke blander sig med andre mænd. Derfor var den mandlige reproduktive ressource i nogen af ​​varianterne af oplevelsen ikke mangelvare. Men i det første tilfælde (10 kvinder og 90 hanner) var han i et meget stort overskud, som burde have fremmet intensiv seksuel udvælgelse (på grund af kvinders selektivitet eller direkte kamp mellem mænd – forfatterne passer ikke ind i disse detaljer, og de er ikke så vigtige) . Efter en uge blev forældrene fjernet og ventet yderligere 18 dage, indtil larverne, der havde forladt æggene, voksede og puppede.Pupperne blev opdelt i mand og kvinde, og da de voksne bille, der kom ud af dem, nået puberteten (det tog 10 dage), valgte de tilfældigt det nødvendige antal mænd og kvinder (10 + 90 eller 90 + 10) og plantede dem i fælles kammer hvor de parrede. Således tog hele cyklen svarende til en generation 35 dage.

I valgmulighed B bestod hver population på scenen af ​​voksentabeller af enten 20 monogame par (tilfældigt udvalgt kvindelig og mandlig) eller af 12 grupper, herunder en kvindelig og fem hanner. I det første tilfælde var muligheden for seksuel udvælgelse helt udelukket, i det andet seksuelle valg kunne forekomme.

Den effektive overflod i hvert forsøg var den samme for alle populationer. I tilfælde af ulige kønsforhold beregnes det effektive tal ved hjælp af formlen 4FM / (F + M), hvor F og M er antallet af hunner og hanner, der deltager i avlen. I variant A var det således lig med 36, i variant B var det 40. Sandt nok indebærer denne formel en "perfekt" befolkning med et lige så sandsynligt bidrag til afkom af hvert individ af det givne køn. Det tager ikke højde for, at seksuel udvælgelse kan føre til en reduktion i antallet af mænd, der rent faktisk deltager i avl.Men det er endog godt i dette tilfælde, fordi det gør resultaterne mere pålidelige. En høj befolkningsstørrelse bidrager i sig selv til en mere effektiv afvisning af svage mutationer (i store populationer er genetisk sving svagere, og udvælgelsen er mere følsom over for små udsving i fitness). Undersøgelsen blev udført for at kontrollere, om seksuel udvælgelse hjælper med at slippe af med skadelige mutationer. I en sådan situation bliver et positivt resultat kun mere pålideligt ud fra, at det virkelige effektive antal i befolkninger med stærkt seksuel udvælgelse kan være mindre end i befolkninger uden seksuel udvælgelse.

I slutningen af ​​hovedfasen af ​​det evolutionære eksperiment, der varede syv år, brugte forfatterne yderligere tre år til at estimere den genetiske belastning akkumuleret af forsøgspopulationerne. Dette blev gjort ved at måle indavl depression (se indavl). Dette er navnet på faldet i efterkommernes egnethed i nært forbundne krydsninger, for eksempel brødre og søstre. Der er to hovedårsager til indlægssænkning. Begge er relateret til det faktum, at indavl stigning af homozygositeten hos afkom.Desuden fortsætter de flere generationer af indavl, desto højere er homozygositeten. Den første årsag er overgangen til den homozygote tilstand af recessive skadelige mutationer (når AA- og AA-genotyperne har en højere fitness end aa). Det andet er forbundet med den såkaldte overdominans eller den adaptive fordel af heterozygoter over begge homozygoter (når Aa-genotypen har en højere fitness end AA og aa). Genetik argumenterede om, hvilken af ​​årsagerne er vigtigere, og i dag er det mere eller mindre fast etableret at den første. I betragtning af denne omstændighed bør det forventes, at tilbagegangshastigheden i inavlede linier vil afspejle antallet af recessive skadelige mutationer i genpoolen.

Forfatterne producerede fra hver forsøgsbefolkning monogame familier bestående af tilfældigt udvalgte brødre og søstre. I alt blev 108 sådanne familier fra befolkninger med seksuel udvælgelse og så mange fra befolkninger uden seksuel udvælgelse testet. Fra parret af hvert par valgte de igen tilfældigt en bror og søster, krydsede dem med hinanden og så videre – i 20 generationer.Indavlning førte til et stadigt fald i frugtbarheden, og til sidst kom der en tid, hvor familien ikke kunne producere afkom overhovedet. En sådan familie blev betragtet som "uddødt".

Det viste sig, at boblens populationer, der udsættes for forsøgets hovedfase til forbedret seksuel udvælgelse, er langt mere resistente over for indavl, end dem, hvor seksuel udvælgelse blev svækket eller udelukket. I det første faldt fertiliteten langsommere, og den endelige udryddelse fandt sted senere. Inavlede familier fra seksuelt udvalgte populationer varede i gennemsnit 8,87 generationer, og 8 familier ud af 108 fortsatte med at producere afkom selv efter 20 generationer af indavl, da eksperimentet blev afbrudt. De familier, hvis forfædre levede i syv år uden seksuel udvælgelse, døde i gennemsnit i 6,33 generationer, og ved den tiende generation døde alle ud.

De opnåede resultater er et stærkt argument om, at seksuel udvælgelse faktisk er et effektivt middel til at rense genpuljen fra skadelige mutationer, hvilket i det lange løb reducerer sandsynligheden for udryddelse af befolkningen. Dette kan være en af ​​grundene til, at seksuel reproduktion og isolation vedvarende vedligeholdes i løbet af evolutionen, trodsat overgangen til aseksuel reproduktion eller parthenogenese giver dioecious organismer en dobbelt gevinst i reproduktionshastighed.

Kilde: Alyson J. Lumley, Јukasz Michalczyk, James J. N. Kitson, Lewis G. Spurgin, Catriona A. Morrison, Joanne L. Godwin, Matthew E. Dickinson, Oliver Y. Martin, Brent C. Emerson, Tracey Chapman og Matthew J. G. Gage. Seksuel udvælgelse beskytter mod udryddelse // natur. Udgivet online 18. maj 2015.

Se også udviklingen af ​​seksuel reproduktion:
1) Gær har ikke sex fra et godt liv, "Elements", 04/18/2012.
2) I udviklingen af ​​bakterier spiller den horisontale genetiske udveksling den samme rolle som seksuel reproduktion i højere organismer, Elements, 10. april 2012.
3) Brugen af ​​mænd er bevist eksperimentelt, "Elements", 07/18/2011.
4) Et forskelligt miljø fremmer seksuel reproduktion, monotont – aseksuelt, "Elements", 11/15/2010.
5) Forsøg på orme viste, at mænd er en nyttig ting, "Elements", 10.23.2009.
6) Horisontal genbytter erstatter rotiferer seksuel reproduktion, "Elements", 07.06.2008.

Om seksuel udvælgelse:
1) Kvinders fastidiousness bidrager til speciering, "Elements", 12/25/2009.
2) Placental bidrager ikke til mandlige skønhed, "Elements", den 16/09/2014.
3) Mænd og kvinder ændrer roller, når vejret ændres, "Elements", 12/27/2012.
4) Prædatorer reducerer effektiviteten af ​​seksuel udvælgelse i forklongs, "Elements", 13.11.2012.
5) Seksuel udvælgelse opdrætter illusioner, "Elements", 01/24/2012.
6) Iktyologer har fundet ud af hvorfor mænd har overskæg, "Elements", 01.07.2010.
7) For første gang lykkedes at spore effekten af ​​udvælgelse i den naturlige population af insekter, "Elements", 06/09/2010.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

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