Половой отбор у жуков ускоряет видообразование, показывают долгосрочные эксперименты
Когда самцы вынуждены конкурировать за самок, новые виды формируются быстрее. Это продемонстрировано в новом исследовании, где учёные сравнили жуков, которым позволяли свободно спариваться, с группами того же вида, где конкуренция за спаривание была ограничена. Эксперименты, продолжающиеся 40 лет и охватившие 200 поколений жуков в прямых линиях, объясняют важность полового отбора для возникновения новых видов.
Видообразование — это процесс расхождения существующих видов. Сегодня учёные могут отслеживать этот процесс напрямую по ДНК видов. Однако определение точных биологических факторов и процессов, ведущих к видообразованию, остаётся сложной задачей.
Один из предложенных процессов — половой отбор. Это форма естественного отбора, благоприятствующая признакам, дающим конкурентное преимущество в размножении с другими особями того же пола, а не для выживания как такового. Например, у самцов часто развиваются яркие цвета для привлечения внимания или «оружие» для борьбы с соперниками.
Половой отбор обычно сильнее в группах животных, где одна самка спаривается с несколькими самцами, что означает более жёсткую конкуренцию между самцами за оплодотворение яиц. Он слабее там, где спаривание происходит один раз, как у лебедей-шипунов и многих видов комаров.
Первую стадию видообразования можно наблюдать в лаборатории
Видообразование занимает много времени, что затрудняет прямое наблюдение за этой эволюцией у животных и растений в реальном времени. Исследовательской группе из университетов Уппсалы и Белграда удалось это сделать в долгосрочном исследовании вида жуков — зерновки Acanthoscelides obtectus.
Сравнивая группы жуков, которым позволяли свободно спариваться, с другими группами, где конкуренция за спаривание была ограничена на протяжении 200 поколений, они наблюдали, что популяции эволюционировали в разных направлениях. Исследование опубликовано в журнале Evolution Letters.
«Предыдущие исследования предполагали, что конкуренция между самцами играет важную роль в формировании новых видов. Уникальность нашего исследования в том, что мы смогли подтвердить это экспериментами в лаборатории, которые ведутся с 1986 года.
Хотя эволюция новых видов занимает больше 200 поколений, мы можем чётко наблюдать признаки самых ранних стадий видообразования. Популяции, эволюционировавшие в условиях сильного полового отбора, в итоге стали гораздо более разными друг от друга — как генетически, так и по репродуктивным характеристикам. Мы также наблюдали, что они эволюционировали в разных направлениях более чем в два раза быстрее, когда половой отбор был сильным», — говорит Йёран Арнквист, профессор экологии животных и старший автор исследования.
В 1986 году исследователи разделили большую популяцию жуков на две группы меньших популяций. Половина могла эволюционировать в условиях сильного полового отбора, а половина — в условиях слабого полового отбора на протяжении примерно 200 поколений в прямых линиях.
В одной группе самки могли спариваться с несколькими разными самцами, что создавало сильный половой отбор. Во второй группе самкам позволяли спариваться только один раз, что снижало конкуренцию между самцами.
Одним из результатов стало то, что самцы, эволюционировавшие в условиях сильного полового отбора, были крупнее, спаривались чаще и дольше. Также учёные увидели изменения в белках, влияющих на то, какие сперматозоиды оплодотворяют яйцеклетки.
«У животных с внутренним оплодотворением самец передаёт при спаривании не только сперму, но и сложный коктейль из белков и пептидов. Этот коктейль критически важен для того, какой сперматозоид оплодотворит яйцеклетку. Мы наблюдали, что этот коктейль сильнее изменился у зерновок, живших в условиях сильного полового отбора. Это же касалось и рецепторов в телах самок», — говорит Арнквист.
Именно такие небольшие изменения в долгосрочной перспективе ведут к формированию новых видов.
«Этот белковый коктейль, а также красивые перья или оперение, которые развиваются у самцов определённых видов животных, — все это признаки, связанные с репродуктивным успехом, которые могут привести к запуску эволюции. 200 поколений недостаточно, но когда речь идёт о 20 000 или 200 000 поколений — тогда популяции могут стать настолько разными, что больше не смогут скрещиваться друг с другом.
Например, у насекомых и рыб замечено, что видов больше в тех группах этих животных, где самцы ярко окрашены или украшены, чем в группах, где полы выглядят более похожими», — говорит Арнквист.