Перспективы отбора
Шрифт:
В эксперименте участвовало шесть популяций жуков. В трех из них были созданы благоприятные условия для полового отбора, в трех других половой отбор был затруднен или вовсе невозможен. Интенсивность полового отбора определялась соотношением самцов и самок. Все прочие условия, включая эффективную численность популяции, были одинаковыми.
В каждом поколении в размножении участвовали либо 10 самок и 90 самцов (сильный половой отбор), либо, наоборот, 90 самок и 10 самцов (слабый половой отбор). Самцов и самок оставляли вместе на неделю, в течение которой они спаривались и откладывали яйца. Предварительно ученые установили, что один самец за неделю оплодотворяет в среднем 50 самок, если имеет неограниченный доступ к ним и ему не мешают другие самцы. Поэтому мужской репродуктивный ресурс ни в одном из вариантов опыта не был в дефиците. Однако в первом случае (10 самок и 90 самцов) он был в очень большом избытке, что должно было способствовать интенсивному половому отбору (за счет женской избирательности или прямой
По окончании основной фазы эксперимента, которая продолжалась семь лет, ученые потратили еще три года, чтобы оценить накопленный жуками генетический груз (то есть отягощенность генофонда вредными мутациями). Делалось это путем измерения инбредной депрессии. Так называют снижение приспособленности потомства при близкородственных скрещиваниях, например, братьев с сестрами. Существует две основные причины инбредной депрессии. Обе они связаны с тем, что инбридинг повышает уровень гомозиготности потомства. При этом чем больше поколений продолжается инбридинг, тем выше гомозиготность. Первая причина – переход в гомозиготное состояние рецессивных вредных аллелей (если генотипы АА и Аа имеют более высокую приспособленность, чем аа, то аллель а – это рецессивный вредный аллель). Вторая связана с так называемым сверхдоминированием, или адаптивным преимуществом гетерозигот над гомозиготами (когда генотип Аа имеет более высокую приспособленность, чем АА и аа). Генетики долго спорили о том, какая из причин важнее, и на сегодняшний день более или менее твердо установлено, что первая. Учитывая это, следует ожидать, что с каждым новым близкородственным скрещиванием приспособленность будет снижаться (потому что все большее число рецессивных вредных аллелей будет переходить в гомозиготное состояние). Темп снижения приспособленности в инбредных линиях покажет, много ли накопилось рецессивных вредных мутаций у подопытных жуков.
Технически это делалось так. В каждой подопытной популяции составлялись моногамные пары из случайно выбранных братьев и сестер. В общей сложности было протестировано 108 таких пар из популяций с половым отбором и столько же – из популяций без полового отбора. Из потомства каждой пары опять выбирали случайным образом брата и сестру, скрещивали их друг с другом, и так – в течение 20 поколений. Инбридинг вел к неуклонному снижению плодовитости, и в конце концов наступал момент, когда пара вообще не могла произвести потомства – она считалась “вымершей”.
Оказалось, что жуки, подвергавшиеся усиленному половому отбору, намного устойчивее к инбридингу, чем те, у которых половой отбор был сведен к минимуму. У первых и плодовитость снижалась медленнее, и окончательное вымирание происходило позже. Инбредные семьи, произведенные от популяций, подвергавшихся половому отбору, продержались в среднем 8,87 поколения, а 8 семей из 108 продолжали производить потомство даже после 20 поколений инбридинга, когда эксперимент был прекращен. Те семьи, чьи предки семь лет жили без полового отбора, вымирали в среднем через 6,33 поколения, а к десятому поколению вымерли все.
Полученные результаты – веский аргумент в пользу того, что половой отбор работает как помощник полового размножения, способствуя эффективной отбраковке вредных мутаций. В долгосрочной перспективе это должно повышать жизнеспособность популяции. Впрочем, в других ситуациях результаты полового отбора могут оказаться прямо противоположными (см. Исследование № 13).
Исследование № 9
Умные самки выбирают красивых самцов, а глупые – кого попало
Как именно осуществляется подбор брачных партнеров? Кто кого и по каким критериям выбирает? Способы выбора и предпочтения зависят от множества факторов, могут быстро меняться в ходе эволюции и очень сильно различаются у разных видов. Тема эта поистине неисчерпаема именно в силу бесконечного разнообразия признаков, которые могут попасть под действие полового отбора или повлиять на его ход и направленность (см. нашу книгу “Эволюция человека”). У животных с развитым мозгом хорошим показателем “качества” брачного партнера являются его когнитивные способности. С одной стороны, чем лучше работает управляющий центр, тем лучше, как правило, показатели всей периферии – телесного здоровья, адекватности поведения, обучаемости, а следовательно, и выживаемости. С другой – развитые когнитивные способности помогают и партнера
На тринидадских гуппи, Poecilia reticulata, проведено много эволюционных исследований, считающихся классическими. В частности, показано, что на эволюцию окраски самцов влияют, с одной стороны, хищники, которые преимущественно выедают рыбок с броской окраской, а с другой – самки, тоже предпочитающие ярких самцов. В водоемах с хищными рыбами отбор, осуществляемый хищниками, перевешивает – и самцы гуппи становятся тусклыми, зато в водоемах без хищников половой отбор берет верх – и самцы становятся ярче. При этом обе формы отбора благоприятствуют самцам с редкими вариантами окраски, что способствует поддержанию высокого уровня разнообразия.
Известно, что ярко окрашенные самцы в среднем здоровее и выносливее тусклых. Это значит, что яркость окраски – индикатор приспособленности. Поэтому самкам выгодно их выбирать, по крайней мере в водоемах без хищников.
В 2017 году шведские и британские биологи использовали гуппи для проверки популярной идеи о связи между половым отбором и когнитивными способностями (“когнитивные способности” – это что-то вроде эвфемизма, используемого осторожными, стреляными биологами вроде нас, чтобы не произносить вслух такие опасные слова, как “ум” или “интеллект”). Идея эта очень проста. Состоит она в том, что развитые когнитивные способности помогают самке выбрать лучшего претендента. Попросту говоря, умные самки должны чаще принимать правильные решения, чем глупые (осторожность осторожностью, но иногда так хочется выразить мысль просто и ясно!).
Какое решение “правильное” в данном случае, примерно понятно: если яркие самцы нравятся большинству самок и к тому же отличаются хорошим здоровьем, то выбирать выгодно именно их, особенно если поблизости нет хищников. Таким образом, нужно проверить, будут ли умные самки чаще выбирать ярких самцов, чем глупые. Но где взять самок, заведомо различающихся по когнитивным способностям?
Их можно создать. В течение пяти поколений рыбок искусственно отбирали по размеру мозга. В один аквариум отсаживали самых мозговитых, в другой – с самым маленьким объемом мозга. В результате были выведены три линии гуппи с уменьшенным мозгом и столько же линий с увеличенным. В “мозговитых” линиях мозг в среднем на 13,6 % крупнее (Corral-L'opez et al., 2017).
Очень часто когнитивные способности (определяемые в общем виде как способность получать, обрабатывать, хранить и использовать информацию) положительно коррелируют с объемом мозга. Поэтому отбор на сообразительность, как правило, должен вести к увеличению мозга, а отбор на увеличение мозга – к улучшению умственных способностей. Это правило подтвердилось и в данном случае. Эксперименты показали, что гуппи из линий с крупным мозгом лучше справляются с тестами на различение количеств, быстрее учатся находить выход из лабиринта и эффективнее избегают хищников, чем рыбки с маленьким мозгом. Поэтому в дальнейшем мы будем для краткости называть гуппи из лабораторных линий, отбиравшихся на увеличение мозга, “умными”, а тех, кто подвергался отбору в противоположном направлении, – “глупыми”. Нужно особо подчеркнуть, что глупые гуппи не уступают умным по показателям физического здоровья и координации движений и даже превосходят их по силе иммунного ответа и плодовитости, а их мальки развиваются быстрее. Так что нет оснований полагать, будто отбор на уменьшение мозга привел, в качестве побочного эффекта, к ухудшению каких-то физиологических показателей [1] .
1
Выше говорилось, что когнитивные способности, как правило, положительно коррелируют с показателями физического здоровья. В природных популяциях, судя по всему, это действительно так. Однако крайне интенсивный отбор на когнитивные способности или на увеличение мозга, используемый в лабораторных экспериментах, может приводить к обратной ситуации, когда сверхбыстрый рост мозга в череде поколений покупается ценой ухудшения каких-то компонентов приспособленности. – Здесь и далее прим. авторов.