Stress fremmer nært beslægtet krydsning • Alexander Markov • Videnskabsnyheder om "Elements" • Molekylærbiologi, Genetik

Stress fremmer nært beslægtede kryds

Rituel af frieri i frugtflyvninger: hanen følger kvinden og sætter til side en fløj og suger forførende. Billeder fra www.pnas.org

Mange dyr forsøger at vælge ikke for tætte, men ikke for fjerne familiemedlemmer som ægteskabspartnere for at undgå indavl og fjern hybridisering. Eksperimenter på fluer har vist, at stress kan føre til et skift i parringspræferencer i retning af "deres", det vil sige at øge sandsynligheden for nært beslægtede kryds. Denne mekanisme kan have stor evolutionær betydning, da den bidrager til hurtig dannelse af reproduktiv isolering mellem individer fanget under usædvanlige forhold og andre medlemmer af denne dyreart.

Valget af en ægteskabspartner er en yderst vigtig sag, hvor afkommens levedygtighed afhænger direkte og dermed skæbnen til forældrenes gener – herunder de gener, der bestemmer ægteskabens adfærd. Derfor er partnervalgsmekanismer konstant under nøje "opmærksomhed" af det naturlige udvalg: generne af de personer, der foretager et godt valg, fordeles i befolkningen, og generne af dem, der vælger mislykket, forsvinder gradvist fra det – selvom disse personer er perfekt tilpasset i alle andre henseender til sit levested.

I løbet af evolution udviklede forskellige organismer komplekse og forskellige partnervalgsalgoritmer. Hunnerne fra mange dyr forsøger at vælge de største, stærkeste og sundeste mænd som ægtemænd, men det er ikke nok. En mand kan være meget stærk og stærk i sundheden, men hvis han er en kvindelig nærtstående, kan parring med ham føre til fødslen af ​​svage afkom (se indavl). Normalt er krydsning med meget fjerne familiemedlemmer (for eksempel med repræsentanter for en anden art eller underart) også urentabel, fordi hybridavkomster modtager en tilfældig blanding af to sæt gener, i hvilke generne passer godt til hinanden ved udvælgelse, og Disse nyttige kombinationer af gener blandes og ødelægges. Ifølge teorien om "optimal udbredelse" bør dyr (som alle andre seksuelt forplantede væsner) foretrække partnere med en mellemliggende grad af genetisk relaterethed: Ikke for tæt, men ikke for fjernt slægtninge (Patrick Bateson. Seksuel prægning og optimal udbredelse // natur. 1978. V. 273, P. 659-660).

For at kunne træffe det rigtige valg måtte levende væsener udvikle sig i løbet af evolutionen, således at de kunne bestemme graden af ​​genetisk slægtskab med en potentiel partner. For nylig A.M.Kulikov og forfatteren af ​​disse linjer foreslog hypotesen om "immunologiske test" af ægteskabspartnere (se: Speciation er et personligt anliggende for alle, Elements, 15. februar, 2006). Hypotesen er baseret på den simple overvejelse, at det ville være meget bekvemt for mange organismer at bruge deres kraftfulde middel til at skelne mellem sig selv og andre på det biokemiske niveau – immunsystemet – til den formodede testning af en partner på princippet om "ens egen eller andres". I princippet er det muligt at bestemme graden af ​​slægtskab hos en partner – for eksempel ved styrken af ​​den immunologiske reaktion på dens lugt: Jo stærkere det er, jo lavere er den sandsynlige grad af slægtskab. Individuelle komponenter i immunsystemet kan også anvendes (for eksempel receptorproteiner fra immunoglobulin superfamilien), enten alene eller i kombination med olfaktoriske receptorer (sådanne mekanismer til at skelne sig selv og andre findes allerede hos pattedyr).

Vi foreslog også, at den optimale grad af slægtskab hos partnere kan variere afhængigt af situationen. Under alvorlige negative, stressende forhold kan enkeltpersoner finde det fordelagtigt at skifte deres præferencer mod nært beslægtede kryds for at undgå "erosion" blandt afkom af disse genkomplekser, der gjorde det muligt for forældre at overleve i denne kritiske situation.Derfor kan i nogle organismer i løbet af evolutionen udvikles en mekanisme, der fordrev ægteskabs præferencer mod valget af "deres egne" under påvirkning af stress.

Hvis en sådan mekanisme eksisterede, kunne det bidrage til en hurtig artsdannelse, fordi gruppen af ​​personer, der er fanget i usædvanlige forhold og formået at overleve (omend på bekostning af alvorlige nedskæringer som følge af at frasortere de "uegnede" genotyper), vil automatisk producerer reproduktive isolation af alle " fremmede ", det vil sige andre medlemmer af deres egen art, der under disse stressfulde forhold ikke levede og sandsynligvis ikke er godt tilpasset dem.

For at teste disse ideer skal vi udføre mange eksperimenter på forskellige genstande, men indtil nu har vi kunnet eksperimentere med kun fire laboratorielinjer med frugtfly. Resultaterne af forsøgene, som vil blive offentliggjort i maj-udgaven af ​​tidsskriftetDyreadfærd"Generelt er i god overensstemmelse med hypotesen om et skift i ægteskabs præferencer under stressende forhold.

I vores eksperimenter blev rollen som "stressorer" spillet af skadelige mutationer og infektion af bakterier. Wolbachia (om denne bakterie sei note: Dyr udveksler gener med parasitiske bakterier, "Elements", 5. september 2007). To linjer fluer inficeret med Wolbachia blev taget. En af disse linjer (* R) er genetisk tæt på vilde fluer, den anden (* W) er meget indavlet og belastet af flere skadelige mutationer. Nogle af fluerne i hver af disse linjer blev helbredt af Wolbachia med tetracyclin og modtog således fire linjer: * R cured, * R inficeret, * W cured, * W infected. Den første af disse linjer er mindst stresset. Ifølge vores hypotese bør disse fluer mest aktivt undgå indavl, det vil sige vælge "fremmede". Den sidste linje (* W inficeret) er den mest stressede. Vi forventede, at disse fluer viste den største tilbøjelighed til indavl. Resultaterne bekræftede fuldt ud disse forventninger.

Kontrol af ægteskabs præferencer blev gennemført på to måder. I den første serie forsøg blev fluer plantet i reagensglas i tre eksemplarer: en kvinde og to hanner fra forskellige linjer. Mellem mænd begyndte konkurrencen om retten til at mødes med en kvinde. I Drosophila er der en ret kompliceret rituel af frieri. Mandere går rundt om kvinden i cirkler, "slikker" hendes proboscis, klapper deres vinger, synger en ægteskabssang, som kun kan høres ved hjælp af meget følsomt udstyr.Fra tid til anden forsøger hanen at klatre kvinden, men han vil ikke lykkes, før hun spredes sine vinger selv. I en situation hvor to mænd konkurrerer i et testrør for en kvinde, afhænger resultatet af konkurrencen primært af kvinden – hvilken hun vælger, selv om mænds aktivitet er af stor betydning (og mænds aktivitet kan igen afhænge af hvordan han kan lide denne kvinde).

Vi fulgte testrøret, indtil en af ​​mændene kunne parre med kvinden. Nogle gange skete alt om få minutter, til tider var det nødvendigt at vente i timevis, indtil fluerne fandt ud af deres forhold. Hanen, den første til at lykkes, blev betragtet som en "vinder", og eksperimentet sluttede der. I alt blev der gennemført mere end tusind sådanne eksperimenter med forskellige kombinationer af linjer, hvorfra mænd og kvinder opstod. I 722 tilfælde lykkedes det os at vente på parring.

I en anden række eksperimenter blev 20 hunner (10 fra to forskellige linjer) og en mand plantet i et stort rør. De blev efterladt alene for en dag, og så sad hunnerne i adskilte rør og så på, hvem af dem ville lægge befrugtede æg. I gennemsnit havde mænd haft tid til at befrugte omkring halvdelen af ​​kvinderne om dagen.I dette forsøg var resultatet tilsyneladende afhængigt af præferencerne hos den mandlige (hvilke kvinder han ville tage sig af og som han ville ignorere), selvom de kvinder, han ikke kunne lide, havde ret til at afvise det.

I begge forsøg blev lignende ægteskabspræferencer identificeret. Tilsyneladende tjekker fluer test potentielle partnere på princippet om "ens egen eller andres", som begge formodes at være stressende faktorer – skadelige mutationer af W-linien og infektion med Wolbachia – fører til et skift i præferencer mod valget af "ens" (eller ækvivalent, at reducere tiltrækningskraften "udlænding").

For eksempel har kvinder fra den mest stressede linje "* W infected" parret med mænd * W ("deres egen" efter genotype) oftere end kvinder fra "* W-cured" -linjen. Det vil sige, at Wolbachia-infektion inducerer kvinder * W at vælge genotype tæt mænd som deres partnere. * W kvinder udmærker sig også mænd * W ved infektionsstatus, og der var en klar præference for "deres egen": Inficerede kvinder foretrak at være sammen med inficerede mænd, helbredt – med helbrede. Således viste alle kvinder i * W en præference for "deres" ifølge infektionsstatus, og kvinder fra den mest stressede linje "* W infected" valgte også "deres" ifølge genotypen.

Hunnerne i * R viste sig alt for modsat: de foretrak "fremmede" i henhold til infestationsstatus, mens kvinder fra den mindst stressede linje "* R cured" foretrukne "alien" også i henhold til genotypen (det vil sige de parrede med W * hanner oftere end "* R inficeret").

Således flyver den første stressfaktor – skadelige mutationer – tilbøjelige til at vælge partnere med samme infektionsstatus som deres, og den anden Wolbachia-bakterier beder dem om at vælge partnere fra deres "genetiske linje" (eller reducere deres tilbøjelighed til at vælge partnere). fra linjen "fremmede"). Lignende resultater blev opnået i disse forsøg, hvor en mand valgt blandt 20 kvinder.

De opnåede resultater er generelt i god overensstemmelse med hypotesen om, at stress kan skifte ægteskabspræferencer i forhold til valget af "deres egne", selvom det helt sikkert vil være nødvendigt med yderligere eksperimenter.

Hvor fluer bestemmer graden af ​​genetisk (eller biokemisk) nærhed af en potentiel partner er endnu ikke kendt. En række observationer tyder på, at "licking" af partneren med proboscis spiller en central rolle. For eksempel, i interspecifikke kryds, stopper hanen ofte pleje efter at have berørt hunnerne med kvindens proboscis (tilsyneladende føler han, at "smagen ikke er den samme").Vi antager, at et fantastisk polymorft DSCAM-protein fra immunoglobulin-superfamilien, som også anvendes af insekter til immunforsvar, kan deltage i test på princippet om "ens egen eller andres" , og for gensidig anerkendelse af neuroner under nervesystemet (se: Udviklingen af ​​nervesystemet og immuniteten i insekter styres af samme protein, Elements, 19 september 2007). Desværre er denne antagelse teknisk set meget vanskelig at kontrollere.

Kilde: A. V. Markov, O. E. Lazebny, I. I. Goryacheva, M. I. Antipin, A. M. Kulikov. Symbiotiske bakterier påvirker parring valg i Drosophila melanogaster // Dyreadfærd, 2009 (artikel i pressen).

Se også:
Hvordan skelner de fra andre? Ikke-kanoniske reproduktive isoleringsmekanismer.

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: :???: :?: :!: