Защо dioecism преобладава в природата?

Самостоятелно торене животни се размножават при равни други условия два пъти по-бързо, колкото двудомно. Защо dioecism е преобладава в природата? За да отговорим на този въпрос са били изкуствено отгледани порода кръгли червеи Caenorhabditis ЕЛЕГАНС

Видео: PA Кропоткин - "анархия " - Раздел 1: Anarchy в природата (Audiobook)

В кръгли червеи Caenorhabditis ЕЛЕГАНС Не жените, но само мъже (оставен) И хермафродити (прав). Хермафродити могат да бъдат разграничени от дълъг тънък опашка. Снимки от nematodes.org сайтове и kiwicrossing.com

Dual цена мъже

Защо се нуждаем от полово размножаване, защо имаме нужда от мъжки пол? Отговорите на тези въпроси не са толкова очевидни, колкото изглежда.

Видео: Тайните на щастливо семейство от А до Я (Част 1/3) Руслан Narushevich 06.29.2015

Диаграма, показваща "двоен под цена" (или "цени двойни мъжки"). В двудомно организми половината от поколението на всяка жена е от мъжки пол, които произвеждат сами не потомство не могат. Когато безполово размножаване всички поколения се състои от жени (с самооплождане - от самопродуциращи хермафродити). Ето защо, при равни други условия възпроизвеждане без мъжете два пъти по-ефективни, отколкото с мъжете. Фигурата показва ситуация, в която всяка жена произвежда точно две потомци. Рисуване от сайта en.wikipedia.org

Известният еволюционист Джон Мейнард Смит (Джон Мейнард Смит) Обърна внимание на сериозността на този проблем в книгата си Еволюцията на секс (1978). Мейнард Смит разгледана подробно парадокса, който дава името "двоен под цена» (два пъти разходите за секс). Нейната същност е, че при равни други условия безполово размножаване (или самооплождане) точно два пъти по-ефективни от взаимното обогатяване с участието на мъже (вж. Фигура). С други думи, мъжкото население струва прекалено скъпо. Отхвърляне на тях дава незабавен и много значимо увеличение на скоростта на възпроизвеждане. Ние знаем, че чисто технически преход от двудомно и взаимно обогатяване на безполово размножаване, или самооплождане е напълно възможно, че има много примери в растения и животни (виж, например. Женски гигант Komodo дракон възпроизвеждат без мъже, "елементи" , 26.12.2006). Въпреки безполови раса и населението самостоятелно торене хермафродити някаква причина все още не успяват да накарат тези, които се размножава на "обичайния" начин, с участието на мъжете.

Защо те все още се нуждаят?

От изложеното следва, че взаимното обогатяване трябва да бъдат предоставени определени предимства са толкова значителни, че да покриват дори двойна победа на ефективността разплод трябва да се отрече от мъжкия. Нещо повече, тези обезщетения трябва да се видят веднага, но не винаги в един милион години. Естественият подбор не се интересува от дългосрочни перспективи.

Има много хипотези за естеството на тези доходи (вж.: Еволюция на полово размножаване). Ще разгледаме две от тях. Първият е известен като "зъбчатка Мюлер" (вж.: Muller`s тресчотка). тресчотка - устройство, при което оста може да се върти само в една посока. Идеята е, че ако има безполово организма вредни мутации, потомството му вече не може да се отърве от него. Ще стане като родово проклятие, премина всички негови потомци завинаги (освен ако не е налице обратната мутация, както и вероятността за това е много малка). В безполов организми избор да бракувани само цели геноми, но не отделните гени. Ето защо, в поредица от поколения на безполово организми може (при определени условия) се появи стабилно натрупване на вредни мутации. Едно от тези условия е доста голям геном. В кръгли червеи, наред с други неща, малки геноми, в сравнение с други животни. Може би затова те могат да си позволят да самооплождане (вж. По-долу).

Ако организмите се размножават полово и практика на взаимно обогатяване на отделните геномите постоянно разпръснати и превъзбудени, както и нови геноми са образувани от фрагменти, които преди са принадлежали на различни организми. В резултат на това е налице специално ново лице, което не е безполов организми - генофонд население. Гените могат да се размножават или да се изхвърли независимо. Генът с мутацията се провали, може да бъде отхвърлен от избора, а другите ( "добри") гени на организма родител може безопасно да останат в населението.

По този начин, първата идея е, че половото размножаване помага очисти геномите от "генетичен товар", т.е. помага да се отървете от вредните мутации постоянно възникващи, предотвратяване дегенерация (намаляване на общата годност на населението).

Втората идея е подобен на първия: тя предполага, че половото размножаване помага на тялото да ефективно приспособяване към променящите се условия чрез ускоряване на натрупването на мутации, които са полезни в тази ситуация. Да предположим, че един човек има една полезна мутация, а другият - от другата. Ако тези организми са безполови, те имат почти никакъв шанс да чака за комбиниране на двете мутации в един и същи геном. Полово размножаване осигурява такава възможност. Това всъщност прави всички полезни мутации, които са възникнали в населението ", общо наследство". Ясно е, че скоростта на адаптация към променящите се условия в организми с половото размножаване трябва да бъде по-висока.

Видео: Концепцията за хармония. Какво трябва да бъде хармонични отношения? Руслан Narushevich

Диаграма, показваща как полово размножаване може да ускори разпространението на полезните мутации в населението. В полово размножаване (горната картинка) Две нов полезен алел (А и В) бързо се комбинира с преминаващи индивиди, всеки от които има само един от тези алели. Когато безполово размножаване (по-ниска цифра), Трябва да се изчака, докато и двете мутации се появяват на случаен принцип от един и същи клон. Рисуване от сайта en.wikipedia.org

Всички тези теоретични конструкции, обаче, се основават на някои предположения. Математически резултатите от моделирането показват, че степента на полезност или вредност на взаимно обогатяване в сравнение с безполово размножаване, или autogamy зависи от редица параметри. Те включват размер populyatsii- скорост mutirovaniya- размер genoma- количественото разпределение на мутации в зависимост от тяхната степен на вредност / poleznosti- брой потомство, произведени от един samkoy- ефективността на селекция (в зависимост от степента на оставащия брой потомство не случаен принцип, и на генетични фактори) и т.н. .. Някои от тези параметри са много трудно да се измери не само в природата, но и в лабораторни популации.

Ето защо всички тези теории са в отчаяно се нуждаят не е толкова много в теоретичната основа и математически модели (всичко това вече е в излишък), но в директен експериментална проверка. Въпреки това, тези експерименти са все още се извършват не толкова (Colegrave, 2002 Секс освобождава ограничението на скоростта на еволюцията // природа. V. 420. стр 664-666- Goddard и сътр., 2005 Пол увеличава ефикасността на естествен подбор експериментални дрождени популации // природа. V. 434. стр 636-640). Ново проучване проведено от биолози от Университета на Орегон от кръгли червеи Caenorhabditis ЕЛЕГАНС, ярко илюстрира ефективността на двата горни механизми в полза на популациите, които не отказват да мъжете, независимо от тяхната "двойна цена".

Уникален обект за изучаване на ролята на мъжете

глисти Caenorhabditis ЕЛЕГАНС като че ли нарочно създаден за експериментална проверка на посочените по-горе хипотези. Тези червеи не са жени. Населението се състои от мъже и хермафродити, последната преобладават. В хермафродити две Х-хромозома при мъжете - само един (пол определяне система Х0, както в Drosophila). Хермафродити произвеждат сперматозоиди и яйца и могат да се възпроизвеждат без помощ чрез опрашване. Само мъжките произвеждат сперматозоиди могат да оплодят и хермафродити. В резултат на самооплождане се раждат само хермафродити. Когато потомство половината кръстосано оплождане е хермафродитни, половината - мъже. Обикновено, честотата на кръстосано оплождане в популации C. ЕЛЕГАНС не надхвърля няколко процента. За да се определи честотата, а не непременно да гледате интимния живот на червеи - Достатъчно е да се знае, процентът на мъжете в населението.

Следва да се уточни, че самооплождане - това не е съвсем същото като безполово (клонова) репродукция, но разликите между тях бързо се успокоят в поредица от самостоятелни торене поколения. Самостоятелно торене организми в рамките на няколко поколения стават хомозиготни на всички локуси. След това, поколението вече не е различен от родителите са генетично точно същата, както за клонова размножаване.

в C. ЕЛЕГАНС Известно мутации, които влияят на честотата на взаимно обогатяване. Един от тях, XOL-1, смъртоносни за мъжете и всъщност води до факта, че в населението има само хермафродити размножават чрез опрашване. Други, мъгла-2, отрича хермафродити способността да произвеждат сперма и действително да ги превърнете в женските. Популациите, в който всички хора носят тази мутация, нормално е двудомно население, както в повечето животни.

Автори чрез конвенционални методи (при кръстосването, не генно инженерство), получени дъскорезници две двойки червеи с почти идентични геноми се различават само по наличието на мутации XOL-1 и мъгла-2. Първият породата във всяка двойка мутация XOL-1, възпроизвежда само autogamy (задължи самоопрашване, OS). На второ място, с мутацията мъгла-2, могат да се възпроизвеждат само чрез взаимно обогатяване (задължи кръстосване, OO). За всяка двойка видове прикачени трета, с едни и същи генетични "фона", но лишена от двете мутации (див тип, WT). В дъскорезници WT процент взаимноизгоден обмен е по-малко от 5% при стандартни лабораторни условия.

Мъжете се нуждаят! проверена експериментално

С тези скали тройки Проведени са две серии опити.

В първата серия Тествах на хипотезата, че взаимното обогатяване помага да се отървете от "генетичен товар". Експериментът е продължило в продължение на 50 поколения (червеи, разбира се, не експериментаторите). Всяко поколение на червеи е бил изложен на химичен мутаген - етил метан сулфонат. Това е довело до увеличаване на честотата на мутация на приблизително четири пъти. Младите животни се поставят в блюдо на Петри, разделен на две стена от вермикулит (Вижте фигура.), И червеите са били поставени в половината на чашките, а храната им - Бактерии Е.коли - Бях в другата половина. Червеи, лекувани с трансплантация на антибиотици за изчистване на бактериите от спазване на случаен принцип. В резултат на това, за да се стигне до храната, а след това получи шанс да оцелеят и да се възпроизвеждат, червеи трябваше да преодолее препятствието. По този начин се увеличават експериментатори ефективност "прочистване" селекция, която елиминира вредните мутации. В конвенционален ефективност лаборатория скрининг е много ниска, защото червеите са заобиколени от храна от всички страни. В такава ситуация, може да оцелее и да се размножават дори много слаби, претоварени животни вредни мутации. Новият експеримент на егалитаризма дойде към своя край. За да пълзи през стената, червеят трябва да бъде здрава и силна.

Експерименталната настройка. Млади сърца на всяко ново поколение се поставят в лявата половина на чаша (син кръг). За да стигнете до храната (жълт овал), Те трябва да се преодолее вермикулит бариера. Слаби физически лица, претоварени с вредни мутации рядко се справят с тази задача. Фиг. на допълнителни материали към обсъжданата статия природа

Авторите сравнили годност (фитнес) в червеи преди и след експеримента, това е, индивидите от първото и петдесетата поколение. глисти C. ЕЛЕГАНС Той може да се съхранява в продължение на дълги периоди от време в замразен вид. Това значително улеснява такива експерименти. Докато експериментът продължава проба червеи на първото поколение определят тихо във фризера. Адаптивност се измерва както следва. Червеи бяха смесени в равни пропорции с червеи контрол в чийто геном светлинен протеин ген се вмъква и засадени в експериментална настройка. Животните са дадени време за преодоляване на бариерата и се размножават, и след това определя процентът на не-светлинен риба в потомството. Ако този процент се увеличава в петдесета поколение в сравнение с първата - така, в хода на експеримента повишена адаптивност, ако понижено - следователно, е налице дегенерация.

Експерименталните резултати са показани на Фиг. Те ясно показват, че взаимното обогатяване е мощен инструмент в борбата с генетичен товар. Колкото по-висока честота на взаимно обогатяване,-добрия краен резултат (всички линии в увеличението на фигура от ляво на дясно). Изкуствено повишена степен на мутация е довело до израждане (намаляване на фитнес) на всички видове червеи освен OO - «задължи кръстосаноопрашваните".

Дори скалите, в която мутагенеза не е изкуствено ускорени, висока честота кръстосано оплождане даде предимство. При нормални лабораторни условия, това предимство не се появи, защото червеите не е нужно да се изкачи над стената, за да стигнем до храната.

Интересното е, че в една от двете контролни дъскорезници OS ( «задължи samooplodotvoriteley"), дори и без да се увеличава скоростта на мутация на кръстосаното оплождане недостатъчност води до дегенерация (лява клетка в горния чифт криви на фигурата по-долу е нула).

Резултати от първия експеримент. Хоризонталната ос - честотата на кръстосано оплождане. -Лявата позиция, заета от точка, съответстваща на вида на червеи OS, крайно дясно - OO. Между са точките, съответстващи видове WT. Триъгълници и квадрати съответства на две тройни, като същите видове червеи "генетичен фон» (генетичен фон). Вертикалната ос - адаптиране към изменението в хода на експеримента. Положителните стойности означават, фитнес на растеж, отрицателен - дегенерация. Твърдите линии свързани точки, съответстващи червей видове, в която скоростта на мутация не се повишава. пунктирана линия - скали са изложени на въздействието на химически мутаген. Фиг. на статията в процес на обсъждане в природа

Фигурата показва също така, че честотата на кръстосано оплождане в повечето от "див" видове (WT) е значително по-висока първоначална 5% по време на експеримента. Това е може би най-важният резултат. Това означава, че при строги условия (по отношение както необходимостта да се изкачи върху бариерата и увеличава скоростта на мутагенеза) естествен подбор, предлага определено предимство лица, размножаване чрез кръстосано оплождане. Поколението на такива лица е по-изгодно, и по тази причина по време на експеримента са избрани на тенденцията да извършвам кръстосано опрашване.

Видео: Фундаменталната природа на Каинуу, Финландия (4K)

По този начин, първият експеримент убедително потвърждава хипотезата, че взаимното обогатяване помага на населението да се отърве от вредни мутации.

Във втората серия експерименти проверени, дали взаимно обогатяване помага за развитие на нова адаптация от натрупването на полезните мутации. По това време, червеите да стигнем до храната, че е необходимо да се преодолее зона населена с патогенни бактерии Serratia. Тези бактерии навлизат в храносмилателния тракт C. ЕЛЕГАНС, да доведат до опасни червей заболяване, което може да доведе до смърт. За да оцелее в тази ситуация, червеите са или да се научат да поглъщат вредните бактерии или развие резистентност към тях. Коя опция избран експериментални популации на червеи - не е известно, но в 40 поколения от порода OO перфектно адаптирани към новите условия, породата на WT са се адаптирали малко по-лошо, и OS не порода адаптиран изобщо (тяхното оцеляване в среди с вредните бактерии остава на първоначалното ниско ниво). Отново, в хода на експеримента, WT скали под влияние на избора остро увеличава честотата на взаимно обогатяване.

По този начин, взаимното обогатяване не помага на населението да се адаптират към променящите се условия, в този случай - до появата на болестотворни микроби. Фактът, че в хода на експеримента, WT породи повишена честота на взаимно обогатяване, означава, че се чифтосват с мъжете (за разлика от самооплождане) дава хермафродити незабавно адаптивно предимство, което не надвишава значително "двойна цена", че те трябва да плати, е производството на мъжките.

Трябва да се отбележи, че взаимното обогатяване се среща не само в двудомно организми. Например, много безгръбначни са хермафродити, торене не е себе си, но един от друг - кръст. При растенията кръстосано опрашване на бисексуални ( "хермафродит") физически лица, също, меко казано, не е необичайно. И двете хипотези са тествани в тази книга, тя е приложима за такъв хермафродит. С други думи, тази работа не е доказала, че "кръстосано Хермафродитизмът" донякъде отстъпва двудомно. Но първата от тези две възможности не трябва да плащат прословутия "двойно по-скъп." Следователно, проблемът все още остава.

Експериментите са показали, ограниченията на опрашване, в сравнение с кръста, но те не са обяснили защо много организми предпочитат dioecism "кръстосано Хермафродитизмът". Ключът към решаването на този пъзел, най-вероятно, е половия отбор. Dioecism позволява женски щателно избират своите партньори, и тя може да служи като допълнителен начин да се повиши ефективността на предназначените за клане и вредното натрупване на полезни мутации. Може би, и тази хипотеза е някога да получи експериментално потвърждение.