Самцы помогают поддерживать генетическое здоровье популяций
Немногочисленные самцы способны оплодотворить всех самок, поэтому их количество мало влияет на рост популяции. Однако они важны для очистки популяции от вредных мутаций. Это показало новое исследование Уппсальского университета, углубляющее понимание возможных долгосрочных генетических последствий полового отбора. Результаты опубликованы в научном журнале Evolution Letters.
Исследование подтверждает теорию, что у многих видов животных отбор, действующий на самцов, может приносить популяции случайную пользу, заставляя потомство наследовать здоровые гены. Жесткая конкуренция среди самцов приводит к селективному устранению особей с множеством вредных мутаций, не позволяя им передавать эти мутации. Это может оказывать положительное долгосрочное влияние на рост и устойчивость популяции, размножающейся половым путем.
«Когда вредные мутации удаляются из популяции посредством жесткого отбора у самцов, что приводит к размножению меньшего их числа, этот процесс может происходить с незначительным влиянием или без влияния на рост популяции. Это потому, что относительно немногих самцов достаточно для оплодотворения всех самок в популяции; следовательно, оплодотворены ли эти самки немногими или многими самцами, мало или совсем не влияет на количество потомства, которое эти самки могут произвести, особенно у видов, где самец не заботится о своем потомстве. Напротив, такой жесткий отбор у самок привел бы к размножению меньшего их числа, а значит, к производству меньшего потомства, что могло бы вызвать резкий спад популяции или даже вымирание», — говорит Карл Гришоп, эволюционный биолог из Университета Торонто (Канада) и ведущий автор исследования.
Исследователи использовали 16 генетических линий жука-зерновки (Callosobruchus maculatus), чтобы изучить, как предполагаемое количество вредных мутаций в каждой влияет на репродуктивную способность (приспособленность) самок и самцов. С помощью интенсивного инбридинга линий с последующими скрещиваниями между ними удалось количественно оценить кумулятивные эффекты уникального набора мутаций каждой линии. Сравнивая инбредные линии с гибридами между ними, ученые увидели, что эти мутации почти одинаково вредят и самкам, и самцам. Однако, рассматривая только гибриды между линиями (что представляет более генетически изменчивую среду, более релевантную для действия отбора в природе), эффекты этих мутаций проявлялись только в приспособленности самцов. У самок вредные эффекты мутаций, которые они несли, не были обнаружимы в этом более генетически изменчивом фоне и, следовательно, не могли бы эффективно удаляться посредством отбора, специфичного для самок, в природе.
«Это указывает, что хотя эти мутации и оказывают пагубное влияние на размножение самок, они более эффективно удаляются из популяции отбором, действующим на самцов-носителей, чем на самок-носителей. Предыдущие исследования нашей группы и других успешно показали этот эффект, искусственно вызывая мутации, но это первые прямые доказательства, что он возникает для естественно встречающихся вариантов генов», — говорит Гришоп.
По мнению исследователей, их работа проливает новый свет на старый вопрос, почему так многие многоклеточные организмы используют половое размножение.
«Производство самцов вызывает снижение репродуктивной способности вида, поскольку сами самцы вносят меньший вклад, чем самки, в производство потомства. Вопрос тогда в том, почему вид эволюционирует для полового размножения, вместо того чтобы просто производить самок посредством бесполого размножения. Наше исследование показывает, что производство самцов, которые могут вступать в интенсивную конкуренцию за возможность спаривания, позволяет быстрее очищать популяцию от вредных мутаций, что, таким образом, может обеспечить более здоровый набор генов и более высокую репродуктивную способность по сравнению с бесполым размножением», — говорит Дэвид Бергер, исследователь и руководитель группы на кафедре экологии и генетики Уппсальского университета.