Dobór płciowy versus dobór naturalny: na przykładzie chrząszczy

No cóż, szczegóły nie mają znaczenia, jak długo wiemy, co się dzieje. W nowym artykule w “Nature Communications” (streszczonym także w “Current Biology”), grupa badaczy pokazała, jak dobór płciowy może być w konflikcie z innymi postaciami doboru naturalnego. Eksperyment był trudny i pracochłonny, ale wyniki można przekazać dość prosto, więc spróbuję.  

Jeśli chcecie przeczytać tylko jeden z tych artykułów, polecam drugi, ponieważ jest krótszy, napisany dla mniej wyspecjalizowanego czytelnika, niemniej jest to dobre streszczenie. Jeśli jednak chcesz oryginalną pracę, kliknij link pod zrzutem z ekranu poniżej lub weź pdf tutaj.

Żeby przeczytać artykuł z Current Biology kliknij na link pod poniższym zrzutem z ekranu lub w pdf jest tutaj. 

Zaczynamy z seksualnie dymorficznym chrząszczem (poniżej), Gnatocerus comutus, “rogatek spichrzowy”, który jest szkodnikiem w zbożu i jego przetworach. Jak widać, cechuje się silnym dymorfizmem płciowym, z samcami o większej głowie i wielkiej parze żuwaczek (strzałki). Samice nie mają takich żuwaczek przekształconych w haki. To jest wskazówka, że żuwaczki nie służą do obrony przed drapieżnikami, ale są używane w rywalizacji między samcami o samice (gdyby pomagały w zdobywaniu pokarmu lub odpędzaniu drapieżników, samice powinny także je mieć). I rzeczywiście, żuwaczki są właśnie tylko do tego używane.  

Na podstawie tej różnicy naukowcy stawiają hipotezę, że istnieje metaboliczny koszt wyhodowania takich żuwaczek i chociaż samce z żuwaczkami mają ogólnie większe przystosowanie, jeśli usuniesz rywalizację między samcami, żuwaczki nie dadzą selekcyjnych korzyści. W takim wypadku byłby dobór na ewolucję mniejszych żuwaczek, bo zasoby użyte na nie można zużyć na inne aspekty przystosowania. Za każdym razem, kiedy widzimy dymorfizm płciowy z nieporęczną lub rzucająca się w oczy cechą, możemy przewidzieć, że ta cecha pociąga za sobą koszty i jest związana z doborem płciowym (ogon pawia jest tego klasycznym przykładem).  

Autorzy tej pracy wykonali pomysłowy eksperyment. Zamiast usuwać rywalizację między samcami (można to zrobić przez zestawianie par jeden samiec jedna samica przez pokolenia; przewiduje się, że żuwaczki zmalałyby), wystawili samce i samice (osobno) na krwawego drapieżnika, owada-zabójcę Amphibolus venator, który w naturze nie żeruje regularnie na G. comutus, ale zje wszystko, co napotka.

Tutaj jest ten owad-zabójca i jego potencjalna zdobycz (z artykułu w „Current Biology”):

Co się stało?

Najpierw przez 7 pokoleń samców, które umknęły drapieżnikowi, kojarzonymi z (nie wyselekcjonowanymi) samicami, potomstwo miało mniejsze żuwaczki. Najwyraźniej nie broniły się przed zabójcą; żuwaczki wydawały się raczej przeszkodą do przeżycia. Autorzy sugerują, że są one ciężkie i hamują ruchliwość, kiedy trzeba uciekać przed drapieżnikiem.

I, jak przewidywano, samce o mniejszych żuwaczkach, których potomkowie przetrwali przez 7 pokoleń drapieżnictwa, przegrywały, kiedy pozwolono im rywalizować z normalnymi samcami o samice: wygrywały o połowę rzadziej w porównaniu do samców z grupy kontrolnej. Żuwaczki liczą się w okresie godów! 

Czego nie oczekiwano, to tego, że samice, które były potomkami samców narażonych na drapieżniki, stały się  lepiej przystosowane.  Dlaczego? Ponieważ powiększyły się ich odwłoki, być może dla umożliwienia produkcji większej liczby jajeczek. (Alternatywnym wyjaśnieniem jest, że powiększyły się narządy do przechowywania plemników, umożliwiając składowanie większej ich ilości.) Dlaczego jednak to się zdarzyło? Prawdopodobnie istnieje genetyczna korelacja między wielkością samczych żuwaczek a wielkością albo odwłoku, albo narządów do przechowywania plemników u samic, jeśli więc zmniejszają się jedne, te drugie powiększają się. Istnieją na to niezależne dowody. (Nie znamy szlaków rozwojowych, które wiążą samcze żuwaczki i samicze odwłoki.) 

Pokazuje to nie tylko koszt doboru płciowego, ale koszt nałożony na zarówno samce, jak samice. Gdyby nie było rywalizacji między samcami i samce miałyby małe żuwaczki, samice miałyby więcej potomstwa. Można zapytać więc: skoro jest koszt większych żuwaczek dla obu płci, dlaczego samce nadal ewoluowały większe żuwaczki?

Odpowiedzią musi być to, że geny, które podnosiły rozmiary żuwaczek w przeszłości, nadal dawały korzyści NETTO w stosunku do genów na mniejsze żuwaczki. Innymi słowy, ich koszt w postaci mniejszej zdolności uniknięcia drapieżników był z nawiązką rekompensowany korzyścią wygrywania konkurencji o samice. To pokazuje, że wzrost przystosowania u jednej płci (większe żuwaczki u samców) może odbywać się kosztem zmniejszenia przystosowania u drugiej płci (mniejsza reprodukcja samic o mniejszych odwłokach).

I tak Natura utkała tutaj splątaną sieć, ale nieco rozplątaną przez mozolne eksperymenty badaczy.  

Sexual versus natural selection: a-case in beetles

Why Evolution Is True, 4 października 2021

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska