@ 2019.06.07 , 10:44

性染色体操纵配偶选择

在某些物种中,雌性伴侣会选择对雄性有害的性状。这个假设将解释这种交配偏好的演变的焦点放在了性染色体上。
大自然中最壮观的景观之一是某些动物奇特的交配秀。这些秀会降低雄性生存的风险,因为雄性鲜艳的颜色和大声的叫声可能会吸引捕食者。然而,尽管有这种伤害的危险,这些特征仍然在进化,因为只有那些能做出最夸张表现的雄性才被雌性选择为配偶。进化生物学中一个持久的谜团是为什么这些物种的雌性进化出了这样的交配偏好。Muralidhar在《自然》杂志上撰文称,可能有助于雄性交配的基因版本在雌性有这些基因版本时表现出有益的效果, Muralidhar使用群体遗传学模型显示了这些类型的偏好是如何进化的。

野外调查、实验和数学建模的结果,启发了各种关于雌性交配偏好如何演变的假设。这些假设大多属于以下两个主要阵营之一。一种说法是,交配偏好是通过直接选择进化而来的——影响交配偏好的基因本身就是选择的直接目标。例如,如果一些雄性提供更好的父母照顾,雌性选择这些雄性的交配偏好将通过自然选择传播。这就是为什么一夫一妻制物种的雌性通常喜欢颜色不鲜艳的雄性,因此更容易躲避捕食者并存活下来帮助后代。

当影响交配偏好的基因对其他性状有一系列影响时,直接选择也会起作用。这是为什么某些物种的雌性对其自身物种的雄性不存在的特性具有先验的偏好的最可能的解释。例如,一些剑尾鱼物种的雄性有着非常细长的下鳍线的尾巴。在另一个相关物种中,其雄性不具有这种“剑”结构,但如果通过外科方式给它们装上一把人造剑,用吸引力评估发现,它们同物种的雌性对此是有偏好性的。

第二种假设是基于间接选择。影响交配偏好的基因的遗传变异与其他性状的遗传变异相关,而直接作用于后者的选择会导致交配偏好作为副作用进化。其中一个例子就是所谓的好基因假说。例如,在这个模型中,促进免疫系统的基因版本会带来更好的健康,这使得携带这些版本的雄性动物的颜色更加鲜艳。对最聪明的雄性有交配偏好的雌性将把这些提高生存率的好基因,连同对聪明雄性有交配偏好的基因版本,传给后代。当选择导致这些有益的免疫系统基因传播时,它们也会带着那些驱动对颜色更加鲜艳的雄性偏好的基因。这一假设在行为生态学家中很流行,但支持只有混乱的证据支持这一假设。

Muralidhar提出的解释雌性交配偏好演变的假说也是基于间接选择的。这种模式取决于性对抗性选择,即当一种基因存在于一种性别时是有益的,而另一种基因存在于另一种性别时是有害的。在进化遗传学家中,人们越来越认识到性对抗性选择及其无数后果的流行。想象一下,一个基因突变会导致雄性和雌性羽毛的红色增加。这种突变可能通过提高交配成功率来提高雄性的适应性,但通过增加捕食率来降低雌性的适应性。因此,导致雌性更喜欢与红色雄性交配的基因,这将导致他们的儿子从这种交配中提高适应性,而他们的女儿将降低适应性。这两个相反的影响,在种群水平上互相抵消、达到平衡,对于红色雄性的交配偏好就不会被雌雄两性选择。

但是,如果影响交配偏好的基因以一种不寻常的方式遗传,这种逻辑会有例外吗?想想如果这些基因在性染色体上会发生什么。

在哺乳动物和果蝇中,雄性有两个不同的性染色体(X和Y),而雌性有两个X染色体。鸟类和蝴蝶等有两个称为Z和W的性染色体,并且存在着相反的排列——雄性有两个相同类型的性染色体(Z染色体),而雌性有一个Z和一个W染色体。有一种影响交配偏好的基因,位于W染色体上,只存在于雌性体内,而不存在于雄性体内。因此,一个女性如果在W染色体上有这个基因的版本,而这个版本会导致对一个降低男性存活率的特性的交配偏好,那么这个版本只会传递给她的女儿。如果这些女儿也从他们的父亲那里得到了对女性有益的基因版本,那么这些女儿将具有很高的适应性,而这个W染色体将会传播。这些邪恶的染色体可以被描述为自私的——它们不管对男性健康有什么影响也要传播。

Muralidhar的数学分析表明,由其他类型的性染色体(X、Y和Z)携带的影响交配偏好的基因也具有不同于那些影响交配偏好但携带在非性染色体上的基因的进化动力学。但在这四种类型的性染色体中,Muralidhar发现W染色体最有可能促进基因版本的传播,从而增加女性对夸大(和有害)的男性特征的交配偏好。

模型显示了什么是可能的,但只有数据才能揭示这些可能是否是现实。有没有证据表明性染色体含有影响交配偏好的基因呢?Muralidhar回顾了36个物种的交配偏好遗传学。在这些物种中,有一半以上的物种确实有证据表明,影响交配偏好的基因携带在性染色体上。令人失望的是,在现有的数量很少的研究中,这些偏好中没有一个与W染色体相关。

第二个证明这个模型的数据的机会与它的预测有关,即拥有ZW染色体的物种应该比那些拥有xy染色体的物种更容易进化性拮抗特性的雌性交配偏好。事实上,一些研究人员已经得出结论,拥有ZW性染色体的物种比那些拥有xy染色体的物种更容易出现过度的性表现。Muralidhar的研究呼吁对交配偏好的遗传以及性别决定系统和性装饰之间的联系提供更多的比较数据。
这种自私的性染色体假说能解释雌性对鲜艳颜色的交配偏好吗?如色彩鲜艳的雄性火焰园丁鸟(金丝状),这是该物种颜色暗淡的雌性所偏好的?也许不是。影响颜色(以及大多数其他性状)的基因对两性都有相似的影响。因此,选择颜色暗淡的雄性的雌性将拥有颜色暗淡的女儿,这些女儿将很好地存活下来。如果影响交配偏好的基因携带在W染色体上,这将有利于拖慢男性偏好的进化。

对于像火焰园丁鸟这样的情况,似乎还需要一些其他的解释。这很可能证明,不同类型的男性特征的偏好是通过不同的进化途径进化的。如果是这样的话,几十年来关于哪种假设最能解释交配偏好是如何演变的争论可能最终会转化为讨论在某些情况下,哪种机制最常见。

本文译自 nature,由 两个猪头 编辑发布。

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