Половой отбор — это механизм эволюции , при котором представители одного биологического пола выбирают партнеров другого пола для спаривания (межполовой отбор) и конкурируют с представителями того же пола за доступ к представителям противоположного пола (внутриполовой отбор). Эти две формы отбора означают, что некоторые особи имеют больший репродуктивный успех , чем другие в популяции , например, потому что они более привлекательны или предпочитают более привлекательных партнеров для производства потомства . Успешные самцы выигрывают от частого спаривания и монополизации доступа к одной или нескольким плодовитым самкам. Самки могут максимизировать отдачу от энергии, которую они вкладывают в воспроизводство, выбирая и спариваясь с лучшими самцами.
Эта концепция была впервые сформулирована Чарльзом Дарвином , который писал о «втором агентстве», отличном от естественного отбора , в котором конкуренция между кандидатами на партнера может привести к видообразованию. Теория была математически обоснована Рональдом Фишером в начале 20-го века. Половой отбор может привести к тому, что самцы будут прилагать чрезвычайные усилия, чтобы продемонстрировать свою пригодность для выбора самками, производя половой диморфизм во вторичных половых признаках , таких как богато украшенное оперение райских птиц и павлинов или рога оленей . В зависимости от вида эти правила могут быть изменены на противоположные. Это вызвано механизмом положительной обратной связи, известным как фишеровский побег , где передача желания признака у одного пола так же важна, как и наличие признака у другого пола для создания эффекта побега. Хотя гипотеза сексуального сына указывает на то, что самки предпочли бы потомство мужского пола, принцип Фишера объясняет, почему соотношение полов чаще всего составляет 1:1. Половой отбор широко распространен в животном мире, а также встречается у растений и грибов .
Половой отбор был впервые предложен Чарльзом Дарвином в работе «О происхождении видов» (1859) и развит в «Происхождении человека» и «Отборе в связи с полом» (1871), поскольку он считал, что естественный отбор сам по себе неспособен объяснить некоторые типы адаптаций, не способствующих выживанию. Однажды он написал коллеге: «Вид пера в хвосте павлина , всякий раз, когда я смотрю на него, делает меня больным!» Его работа разделила половой отбор на конкуренцию самцов и выбор самок. [1] [2]
... зависит не от борьбы за существование, а от борьбы между самцами за обладание самками; результатом является не смерть неудачливого конкурента, а лишь небольшое количество потомства или его отсутствие. [3]
... когда самцы и самки любого животного имеют одинаковые общие привычки ... но различаются по строению, цвету или орнаменту, такие различия в основном вызваны половым отбором. [4]
Эти взгляды в некоторой степени были отклонены Альфредом Расселом Уоллесом , в основном после смерти Дарвина. Он признавал, что половой отбор может иметь место, но утверждал, что это относительно слабая форма отбора. Он утверждал, что соревнования между самцами являются формами естественного отбора, но что «серая» окраска павы сама по себе адаптивна как камуфляж . По его мнению, приписывание выбора партнера самкам означало приписывание способности судить о стандартах красоты животным (таким как жуки ), слишком когнитивно неразвитым, чтобы быть способными к эстетическому чувству. [5]
Идеи Дарвина о половом отборе были встречены его современниками скептически и не считались имеющими большое значение, пока в 1930-х годах биологи не решили включить половой отбор в качестве способа естественного отбора. [7] Только в 21 веке они стали более важными в биологии ; теперь эта теория рассматривается как общеприменимая и аналогичная естественному отбору. [8] Десятилетнее исследование, экспериментально изменяющее половой отбор на мучных хрущаках при других постоянных факторах, показало, что половой отбор защищает даже инбридинговую популяцию от вымирания. [6]
Рональд Фишер , английский статистик и биолог-эволюционист , развил свои идеи о половом отборе в своей книге 1930 года «Генетическая теория естественного отбора» . К ним относятся гипотеза сексуального сына , которая может предполагать предпочтение мужского потомства, и принцип Фишера , который объясняет, почему соотношение полов обычно близко к 1:1. Фишеровский убегающий описывает, как половой отбор ускоряет предпочтение определенного украшения, заставляя предпочитаемый признак и предпочтение самок к нему увеличиваться вместе в положительном цикле убегающего отклика. [9] Он заметил, что: [10]
... развитие оперения у самца и половое предпочтение такого развития у самки должны, таким образом, развиваться вместе, и пока этот процесс не сдерживается суровым контротбором, он будет развиваться с постоянно возрастающей скоростью. При полном отсутствии таких сдерживающих факторов легко увидеть, что скорость развития будет пропорциональна уже достигнутому развитию, которое, следовательно, будет увеличиваться со временем экспоненциально или в геометрической прогрессии . — Рональд Фишер, 1930 [9]
Это приводит к резкому увеличению как бросающихся в глаза особенностей самца, так и предпочтений самок к ним, что приводит к выраженному половому диморфизму , пока практические физические ограничения не остановят дальнейшее преувеличение. Создается положительная обратная связь, производящая экстравагантные физические структуры в неограниченном поле. Классический пример выбора самок и потенциального отбора сбежавших — длиннохвостый вдову . В то время как у самцов длинные хвосты, выбранные самкой, вкусы самок в длине хвоста все еще более экстремальны, самок привлекают хвосты длиннее тех, которые встречаются в природе. [11] Фишер понимал, что предпочтение самок длинным хвостам может передаваться генетически, в сочетании с генами самого длинного хвоста. Потомство длиннохвостого вдову обоих полов наследует оба набора генов, причем самки выражают свое генетическое предпочтение длинным хвостам, а самцы демонстрируют сам желанный длинный хвост. [10]
Ричард Докинз представляет нематематическое объяснение процесса полового отбора, неконтролируемого сексуальным отбором, в своей книге «Слепой часовщик» . [10] Самки, которые предпочитают самцов с длинными хвостами, как правило, имеют матерей, которые выбирают отцов с длинными хвостами. В результате они несут в своих телах оба набора генов. То есть гены длинных хвостов и гены предпочтения длинных хвостов становятся связанными . Поэтому вкус к длинным хвостам и сама длина хвоста могут стать коррелированными, имея тенденцию увеличиваться вместе. Чем больше удлиняются хвосты, тем более длинные хвосты желательны. Любой небольшой начальный дисбаланс между вкусом и хвостами может вызвать взрыв в длине хвостов. Фишер писал, что:
Экспоненциальный элемент, который является ядром вещи, возникает из скорости изменения вкуса курицы, пропорциональной абсолютной средней степени вкуса. — Рональд Фишер, 1932 [12]
Самка вдовушки выбирает для спаривания самого привлекательного самца с длинным хвостом, чтобы ее потомство, если это самец, само было привлекательным для самок следующего поколения, тем самым становясь отцом множества потомков, несущих гены самки. Поскольку скорость изменения предпочтений пропорциональна среднему вкусу среди самок, и поскольку самки желают заручиться услугами наиболее сексуально привлекательных самцов, создается аддитивный эффект, который, если его не контролировать, может привести к экспоненциальному росту данного вкуса и соответствующего желаемого полового признака. [10]
Важно отметить, что условия относительной стабильности, вызванные этими или другими средствами, будут иметь гораздо большую продолжительность, чем процесс, в котором развиваются украшения. У большинства существующих видов процесс бегства должен был быть уже остановлен, и мы должны ожидать, что более необычные развития полового оперения не обусловлены, как большинство признаков, длительным и равномерным ходом эволюционного прогресса, а внезапными всплесками изменений. — Рональд Фишер, 1930 [9]
Начиная с первоначальной концептуальной модели Фишера «убегающего» процесса, Рассел Ланде и Питер О'Дональд предоставили подробные математические доказательства, которые определяют обстоятельства, при которых может иметь место неуправляемый половой отбор. [13] [14] Наряду с этим биологи расширили формулировку Дарвина; широко принятое определение Мальте Андерссона [15] 1994 года заключается в том, что «половой отбор — это различия в воспроизводстве, которые возникают из-за различий между особями в признаках, которые влияют на успех в конкуренции за партнеров и оплодотворение». [11] [15] Несмотря на некоторые практические трудности для биологов, концепция полового отбора «проста». [15]
Репродуктивный успех организма измеряется числом оставленного потомства , а также его качеством или вероятной приспособленностью . [17] [18] [19] Сексуальное предпочтение создает тенденцию к ассортативному спариванию или гомогамии . Общие условия половой дискриминации, по-видимому, таковы: (1) принятие одного партнера исключает эффективное принятие альтернативных партнеров, и (2) отклонение предложения сопровождается другими предложениями, либо наверняка, либо с такой высокой вероятностью, что риск невыполнения меньше, чем шанс преимущества, который можно получить, выбрав партнера. Принцип Бейтмана гласит, что пол, который больше всего вкладывает в производство потомства, становится ограничивающим ресурсом, за который конкурирует другой пол, что иллюстрируется большими питательными инвестициями яйцеклетки в зиготу и ограниченной способностью самок к воспроизводству; например, у людей женщина может рожать только каждые десять месяцев, тогда как мужчина может стать отцом много раз за тот же период. [20] Совсем недавно исследователи усомнились в правоте Бейтмана. [21]
Принцип гандикапа Амотца Захави , Рассела Ланде и У. Д. Гамильтона гласит, что выживание самца до и во время репродуктивного возраста с, казалось бы, неадаптивными чертами воспринимается самкой как сигнал его общей приспособленности. Такие гандикапы могут доказывать, что он либо свободен от болезней , либо устойчив к ним, либо обладает большей скоростью или большей физической силой, которая используется для борьбы с проблемами, вызванными преувеличенной чертой. [22] [23] [24] Работа Захави подтолкнула к пересмотру этой области и появлению нескольких новых теорий. В 1984 году Гамильтон и Марлен Зук представили гипотезу «Яркого самца», предполагающую, что мужские разработки могут служить маркером здоровья, преувеличивая последствия болезней и дефицита. [25]
Конкуренция между самцами происходит, когда два самца одного вида соревнуются за возможность спариться с самкой. Половые диморфные признаки, размер, соотношение полов [27] и социальная ситуация [28] могут играть роль в эффектах, которые конкуренция между самцами оказывает на репродуктивный успех самца и выбор партнера самкой. Более крупные самцы, как правило, побеждают в конфликтах между самцами. [29] Самцы идут на большой риск в таких конфликтах, поэтому ценность ресурса должна быть достаточно большой, чтобы оправдать эти риски. [30] [31] Эффекты победителя и проигравшего дополнительно влияют на поведение самцов. [32] Конкуренция между самцами также может влиять на способность самки выбирать лучших партнеров и, следовательно, снижать вероятность успешного размножения. [33]
Совсем недавно эта область расширилась, включив в себя другие области исследований, не все из которых соответствуют определению полового отбора Дарвином. «Озадачивающий» [34] ряд моделей по-разному пытается связать половой отбор не только с фундаментальными [34] вопросами анизогамии и родительских ролей, но и с такими механизмами, как соотношение полов — регулируемое принципом Фишера , [35] родительской заботой, инвестированием в сексуальных сыновей , сексуальным конфликтом и «наиболее обсуждаемым эффектом», [34] а именно выбором партнера . [34] Сложные характеристики, которые могут показаться дорогостоящими, как хвост меч-рыбы Монтесума ( Xiphophorus montezumae ), не всегда имеют энергетику, производительность или даже стоимость выживания; это может быть связано с тем, что «компенсаторные черты» развились в соответствии с чертами, выбранными половым путем. [36]
Половой отбор может объяснить, как такие характеристики, как перья, имели ценность для выживания на ранней стадии их эволюции. Самые ранние протоптицы, такие как Protarchaeopteryx, имели хорошо развитые перья, но не могли летать. Перья могли служить изоляцией, помогая самкам высиживать яйца, но если ухаживания протоптиц сочетали демонстрацию перьев передних конечностей с энергичными прыжками, то переход к полету мог быть относительно плавным. [37]
Половой отбор иногда может генерировать признаки, которые способствуют вымиранию вида, как это исторически предполагалось для гигантских рогов ирландского лося ( Megaloceros giganteus ), которые вымерли в голоцене [38] Евразии [16] (хотя вызванное климатом ухудшение среды обитания и антропогенное давление теперь считаются более вероятными причинами). [39] Однако он может также делать и противоположное, вызывая дивергенцию видов — иногда посредством сложных изменений в гениталиях [40] — так, что появляются новые виды. [41] [42]
Половой отбор широко распространен среди эукариот , встречаясь у растений, грибов и животных. Со времени пионерских наблюдений Дарвина за людьми он интенсивно изучался среди насекомых, пауков, амфибий, чешуйчатых рептилий, птиц и млекопитающих, обнаруживая множество отличительных поведенческих особенностей и физических адаптаций. [43]
Дарвин предположил, что наследственные признаки, такие как борода, отсутствие волос и стеатопигия в различных человеческих популяциях, являются результатом полового отбора у людей . [44] Люди половой диморфизм; самки выбирают самцов, используя такие факторы, как высота голоса, форма лица, мускулатура и рост. [45] [46]
Среди многочисленных примеров полового отбора у млекопитающих — экстремальный половой диморфизм, когда самцы в шесть раз тяжелее самок, и самцы борются за доминирование среди морских слонов . Доминирующие самцы создают большие гаремы из нескольких десятков самок; неудачливые самцы могут попытаться совокупиться с самками самца гарема, если доминирующий самец невнимателен. Это заставляет самца гарема постоянно защищать свою территорию, не питаясь в течение трех месяцев. [47] [48]
У млекопитающих также наблюдается смена половых ролей, как у высокосоциальных сурикат , где крупная самка доминирует в стае, и наблюдается конкуренция между самками. Доминирующая самка производит большую часть потомства; подчиненные самки не размножаются, обеспечивая альтруистическую заботу о детенышах. [49] [50]
Половой отбор происходит у широкого спектра видов пауков , как до, так и после копуляции. [51] Посткопуляционный половой отбор включает в себя конкуренцию спермы и скрытый выбор самки. Конкуренция спермы происходит, когда сперма более чем одного самца конкурирует за оплодотворение яйцеклетки самки. Скрытый выбор самки включает в себя выталкивание спермы самца во время или после копуляции. [52]
Среди насекомых существует множество форм полового отбора. Родительская забота часто осуществляется самками насекомых, как у пчел, но самцовая родительская забота встречается у белостоматидных водяных клопов, где самец после оплодотворения яиц позволяет самке приклеивать ее яйца к себе на спину. Он высиживает их до тех пор, пока нимфы не вылупятся через 2–4 недели. Яйца большие и снижают способность самца оплодотворять других самок и ловить добычу, а также увеличивают риск его хищничества. [53]
Среди светлячков (Lampyrid beetles) самцы летают в темноте и испускают специфичный для вида рисунок световых вспышек, на которые отвечают принимающие самки. Цвет и временные вариации вспышек способствуют успешному привлечению самок. [54] [55] [56] Среди жуков половой отбор является обычным явлением. У мучного хрущака Tenebrio molitor самцы выделяют феромоны, чтобы привлечь самок для спаривания. [57] Самки выбирают самцов на основе того, инфицированы ли они, и их массы. [58]
Посткопуляционный межполовой отбор происходит у Idiosepius paradoxus , японского карликового кальмара. Самцы помещают свои сперматангии на внешнее место на теле самки. Самка физически удаляет сперматангии самцов, которых она, как предполагается, предпочитает меньше. [59] [60]
У многих земноводных есть ежегодные сезоны размножения с конкуренцией между самцами. Самцы первыми прибывают к кромке воды в большом количестве и производят широкий спектр вокализации, чтобы привлечь самок. Среди лягушек самые приспособленные самцы имеют самые глубокие кваканья и лучшие территории; самки выбирают своих самцов, по крайней мере частично, основываясь на глубине кваканья. Это привело к половому диморфизму, при котором самки крупнее самцов у 90% видов, и самцы борются за доступ к самкам. [61] [62] Предполагается, что лягушки-шипопальцы участвуют в конкуренции между самцами с помощью своего удлиненного преполлекса, чтобы сохранить свое место спаривания. [63] Преполлекс, который служит рудиментарным пальцем, содержит выступающий шип, который может использоваться во время этой битвы, оставляя шрамы на голове и передних конечностях других самцов. [64] Некоторые виды, такие как P. bibronii , являются полиандрическими, у которых одна самка спаривается с несколькими самцами.
Змеи используют множество различных тактик для получения партнеров. Ритуальный бой между самцами за самок, с которыми они хотят спариться, включает в себя топпинг, поведение, демонстрируемое большинством гадюковых , при котором один самец обвивается вокруг вертикально поднятой передней части тела своего противника и заставляет его опуститься. Обычно кусание шеи происходит, когда змеи переплетаются. [65] [66]
Птицы развили широкий спектр брачного поведения и множество типов полового отбора. К ним относятся межполовой отбор (выбор самки) и внутриполовая конкуренция, когда особи более многочисленного пола конкурируют друг с другом за привилегию спаривания. Многие виды, особенно райские птицы , являются половозрелыми; различия, такие как размер и окраска, являются энергетически затратными атрибутами, которые сигнализируют о конкурентном размножении. Конфликты между приспособленностью особи и сигнальными адаптациями гарантируют, что сексуально выбранные украшения, такие как окраска оперения и поведение ухаживания, являются честными чертами. Сигналы должны быть дорогостоящими, чтобы гарантировать, что только качественные особи могут демонстрировать эти преувеличенные сексуальные украшения и поведение. Самцы с самым ярким оперением предпочитаются самками многих видов птиц. [67] [68] [69]
Многие виды птиц используют брачные крики , самки предпочитают самцов с песнями , которые сложны и разнообразны по амплитуде, структуре и частоте. Более крупные самцы имеют более глубокие песни и более высокий успех в спаривании. [70] [71] [72] [73]
Цветковые растения имеют множество вторичных половых признаков, подверженных половому отбору, включая симметрию цветка , если опылители посещают цветки в зависимости от степени симметрии, [74] выработку нектара, структуру цветка и соцветий, а также половой диморфизм. [75] [76] [77]
Грибы, по-видимому, используют половой отбор, хотя они также часто размножаются бесполым путем. У базидиомицетов соотношение полов смещено в сторону самцов, что подразумевает половой отбор там. Конкуренция самцов за оплодотворение происходит у грибов, включая дрожжи. Сигнализация феромонов используется женскими гаметами и конидиями, что подразумевает выбор самцов в этих случаях. Конкуренция самок также может происходить, на что указывает гораздо более быстрая эволюция генов, смещенных в сторону самок, у грибов. [43] [78] [79] [80]
{{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ){{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )