Как гены животных борются за доминирование в потомстве

У многих видов животных бремя родительских обязанностей распределено неравномерно между самцами и самками. Особенно это касается живородящих видов, где обязанности самцов (защита территории, строительство гнезда) несопоставимы с тяготами беременности и родов.

Но животные не просто "смиряются" с этим дисбалансом — они конкурируют за степень родительского вклада. Эта удивительная битва происходит на генетическом уровне.

Она, вероятно, эволюционировала очень рано, возможно, среди первых живородящих животных, и может даже объяснять, почему животные диверсифицировались на разные линии.

Конфликт интересов

Одна из арен этой битвы — размер потомства. В принципе, и самке, и самцу выгодно производить более крупное потомство, так как у него выше шансы на выживание.

Однако у живородящих самок выше риск смерти при родах крупным потомством или потери способности к дальнейшему размножению. Самцам это может быть безразлично — если только они не будут снова спариваться с той же самкой (как у людей, некоторых гиббонов, волков и мышей). В противном случае их единственная забота — чтобы самка вложила как можно больше ресурсов в их совместное потомство.

Этот конфликт проявляется по-разному: самцы часто бросают беременных самок (у птиц, людей), перекладывая на них бремя заботы. Реже самки бросают самцов (у некоторых жуков).

Генетическая битва — ещё одно проявление этого конфликта. Самцы многих видов могут манипулировать передаваемыми потомству генами, чтобы стимулировать дополнительный рост эмбриона за счёт матери. Это, как и оставление, перекладывает на самку большую долю родительского бремени, чем ей выгодно.

Механизм генетической битвы

Когда эмбрион растёт внутри матери, он потребляет её ресурсы, посылая сигналы о своих метаболических потребностях. Эти сигналы регулируются определёнными гормонами, которые кодируются генами роста от матери или отца.

Самцы манипулируют самками, заставляя их отдавать больше ресурсов. Они делают это, усиливая производство этих гормонов через химическую модификацию своих генов роста во время формирования спермы.

Самки эволюционно выработали механизмы сопротивления. Например, они могут передавать потомству "заглушенную копию" собственного гена роста, которая противодействует влиянию отцовских генов, замедляя рост эмбриона.

Эта битва гораздо менее распространена у по-настоящему моногамных видов, включая людей, так как у родителей появляется общий интерес в том, чтобы самка производила больше потомства в будущем.

Экспериментальные доказательства

Британский микробиолог Дэвид Хейг в 2003 году предположил, что такая битва вероятнее у видов, где один пол вносит непропорционально большой вклад в потомство (живородящие, особенно полигамные виды). Это объяснило загадочные различия в размере потомства при скрещивании двух видов мышей: моногамных oldfield mice и полиандричных (одна самка с несколькими самцами) deer mice.

При скрещивании самца deer mouse с самкой oldfield mouse потомство получалось крупнее. При обратном скрещивании (самка deer mouse × самец oldfield mouse) — мельче. Искусственное манипулирование геном роста igf2 подтвердило, что причина — в генетике.

В дальнейшем признаки женского сопротивления мужской манипуляции были найдены у плацентарных млекопитающих и сумчатых (кенгуру, опоссумы).

Древнее происхождение

Возникал вопрос: как рано появился этот механизм? Ранее считалось, что он возник у живородящих млекопитающих и должен отсутствовать у яйцекладущих (утконос) и других позвоночных.

Но тогда оставались необъяснёнными живородящие рептилии, амфибии и рыбы, у самцов которых был бы тот же генетический интерес к манипуляции.

Исследование на мексиканской рыбе amarillo (темноокаймлённый сплитфин) дало ответ. Учёные скрестили самцов и самок из двух удалённых популяций этого вида (чтобы избежать взаимной нейтрализации механизмов, выработанных в одной популяции). Размер эмбрионов действительно зависел от конкретной комбинации отца и матери. Были обнаружены признаки мужской манипуляции и вероятного сопротивления самок.

Хотя выборка была небольшой, это указывает, что механизмы эволюционировали гораздо раньше, чем считалось: рыбы отделились от других позвоночных около 370 млн лет назад, что на 200 млн лет раньше появления живородящих млекопитающих. Пока неясно, произошло это один раз или независимо в разных линиях.

Эволюционные последствия

Одно из следствий этих генетических битв — влияние на репродуктивную совместимость внутри вида. Генетические мутации, направленные на манипуляцию потомством, среди самцов и самок внутри группы вида похожи на гонку вооружений. Гены постоянно адаптируются и контрадаптируются, чтобы продвигать свои репродуктивные интересы.

Если затем особь спаривается с партнёром из другой группы того же вида, их генетические мутации со временем могут стать настолько несогласованными, что воспроизводство становится невозможным — так возникают новые виды.

Если этот процесс начался гораздо раньше в эволюции, чем думали, он, вероятно, повлиял на расхождение разных групп живородящих животных, включая ящериц, акул и млекопитающих.