Naukowcy odkrywają tajemnicę ewolucji. Czy zmiana preferencji seksualnych może podzielić jeden gatunek na dwa?

‍

‍

‍

Kolor upierzenia, charakterystyczny śpiew, zapach, a nawet sposób dotykania partnera mogą decydować o sukcesie reprodukcyjnym zwierząt. Co jednak dzieje się, gdy osobniki tego samego gatunku zaczynają preferować zupełnie inne cechy? Czy różnice w upodobaniach mogą z czasem doprowadzić do powstania dwóch odrębnych gatunków? Biolodzy ewolucyjni Thomas Broquet i Basile Pajot próbują odpowiedzieć na to pytanie, badając mechanizmy doboru płciowego i niewielkie skorupiaki zamieszkujące europejskie wybrzeża.

‍

Kiedy atrakcyjność staje się barierą

‍

Wyobraźmy sobie wiosenne spotkanie dwóch jaskółek. Samica przybywa ze wschodniej części Europy i napotyka samca pochodzącego z zachodu kontynentu. Choć należą do blisko spokrewnionych populacji i mogłyby potencjalnie się rozmnażać, samica nie wykazuje zainteresowania.

‍

Powód? Upierzenie samca jest dla niej zbyt jasne.

‍

W populacji, z której pochodzi, większą atrakcyjnością cieszą się osobniki o intensywniejszym ubarwieniu piersi. Samiec, który mógłby z powodzeniem zdobyć partnerkę na zachodzie Europy, nie spełnia więc oczekiwań przybysza ze wschodu.

‍

To pozornie nieistotne rozróżnienie może mieć poważne konsekwencje ewolucyjne.

‍

Jaskółki są zdolne do pokonywania ogromnych odległości, a mimo to niektóre ich populacje stosunkowo rzadko się ze sobą krzyżują. Różnice w wyglądzie samców i preferencjach samic mogą tworzyć niewidzialne granice, ograniczające wymianę genów.

‍

Takie bariery mogą oddzielać populacje, podgatunki, a ostatecznie nawet odrębne gatunki.

‍

Naukowcy wiedzą, że dobór płciowy odegrał ważną rolę w kształtowaniu różnorodności zwierząt. Wciąż jednak próbują ustalić, czy sama zmiana preferencji przy wyborze partnera wystarczy, aby zapoczątkować powstawanie nowego gatunku.

‍

Dlaczego w świecie zwierząt to najczęściej samce zabiegają o uwagę?

‍

U wielu gatunków to samce prezentują swoje walory, a samice decydują, z którym osobnikiem przystąpią do rozrodu.

‍

Z perspektywy biologii ewolucyjnej wynika to między innymi z różnic w potencjale reprodukcyjnym.

‍

Samiec może zwiększyć liczbę potomstwa, zdobywając kolejnych partnerów. Natomiast liczba potomków samicy jest zwykle silniej ograniczona jej fizjologicznymi możliwościami rozrodczymi, na przykład liczbą produkowanych jaj.

‍

Dlatego samicom często bardziej opłaca się wybierać partnerów oferujących określone korzyści, takie jak dobre geny, odpowiednie zasoby czy zaangażowanie w opiekę nad potomstwem.

‍

W rezultacie u wielu zwierząt wykształcił się charakterystyczny schemat: samce rywalizują o uwagę, a samice dokonują wyboru.

‍

Nie jest to jednak zasada obowiązująca bez wyjątków.

‍

Samice też potrafią walczyć o samców

‍

Ciekawym przykładem odwrócenia typowych ról płciowych jest brodziec plamisty (Actitis macularius), niewielki ptak zamieszkujący Amerykę Północną.

‍

Samica składa zazwyczaj cztery jaja, po czym pozostawia samcowi obowiązek ich wysiadywania.

‍

Dzięki temu może przystępować do kolejnych lęgów z innymi partnerami, niekiedy podwajając, potrajając, a nawet pięciokrotnie zwiększając liczbę zniesień.

‍

W takich warunkach to samce stają się cennym zasobem reprodukcyjnym, o który konkurują samice.

‍

U brodźców plamistych rywalizacja przybiera nawet postać bezpośrednich, gwałtownych starć.

‍

Innym przykładem nietypowego podziału obowiązków są koniki morskie, u których samce noszą rozwijające się potomstwo w specjalnej torbie lęgowej.

‍

Przykłady te pokazują, że zachowania godowe nie wynikają wyłącznie z płci zwierzęcia. Duże znaczenie mają koszty rozrodu i to, która ze stron inwestuje więcej w potomstwo.

‍

Kolor, śpiew i zapach. Jak zwierzęta wybierają partnerów?

‍

W świecie zwierząt atrakcyjność może przybierać wiele form. Niektóre gatunki polegają na intensywnych barwach, inne na skomplikowanych dźwiękach, zapachach lub dotyku.

Samce ptaków mogą przyciągać partnerki śpiewem, podczas gdy samice oceniają jego częstotliwość, długość, rytm i złożoność. U rzekotki drzewnej istotne są zarówno odgłosy godowe, jak i wygląd samca.

‍

Osobniki posiadające szczególnie pożądane cechy częściej odnoszą sukces reprodukcyjny. Ich mniej atrakcyjni konkurenci mogą natomiast pozostawić znacznie mniej potomstwa albo nie rozmnożyć się wcale.

To właśnie tutaj rozpoczyna się proces, który w kolejnych pokoleniach może zmienić wygląd i zachowania całej populacji.

‍

Ewolucja atrakcyjności. Kiedy preferencje zaczynają zmieniać gatunek?

‍

Jeśli cecha zwiększająca atrakcyjność samca jest przynajmniej częściowo dziedziczna, jego potomkowie mogą odziedziczyć predyspozycje do jej przejawiania.

‍

Przykładowo synowie samca wyróżniającego się atrakcyjnym śpiewem mogą również śpiewać w sposób szczególnie pożądany przez samice.

‍

Różnice bywają niezwykle subtelne. Mogą dotyczyć wysokości dźwięków, złożoności melodii, a nawet rozpoczęcia śpiewu o kilka milisekund wcześniej niż konkurenci.

‍

Jeżeli preferencje samic także mają podłoże dziedziczne, obie cechy mogą rozwijać się równolegle. W biologii ewolucyjnej zjawisko to określa się mianem współewolucji cech płciowych i preferencji partnerów.

Co ciekawe, dobór płciowy nie zawsze prowadzi do powstawania cech ułatwiających przetrwanie.

‍

Samiec o wyjątkowo intensywnym ubarwieniu może być atrakcyjniejszy dla samic, ale jednocześnie bardziej widoczny dla drapieżników. Jeśli korzyści reprodukcyjne przewyższają ryzyko, taka cecha może utrzymywać się i rozwijać przez kolejne pokolenia.

‍

Właśnie w ten sposób ewolucja może prowadzić do powstawania niezwykle efektownych, a czasem pozornie niepraktycznych struktur.

‍

Przykładami są imponujące ogony pawi, rozbudowane poroża łosi czy misternie dekorowane konstrukcje przygotowywane przez australijskie altanniki.

‍

Czy atrakcyjny partner oznacza lepsze geny?

‍

Jedną z najważniejszych kwestii w badaniach nad doborem płciowym jest ustalenie, dlaczego samice preferują określone cechy.

‍

W niektórych przypadkach odpowiedź wydaje się stosunkowo prosta: atrakcyjność może wskazywać na wysoką jakość biologiczną partnera. Badania nad rzekotkami pokazały, że samce emitujące określone, preferowane przez samice sygnały mogą przekazywać potomstwu korzystne cechy genetyczne.

‍

Przejawia się to między innymi szybszym wzrostem kijanek. W takim przypadku wybór partnera może realnie zwiększać szanse potomstwa na przeżycie.

Istnieje jednak również inna możliwość.

‍

Modele teoretyczne sugerują, że preferowana cecha nie musi oznaczać lepszego zdrowia, większej odporności ani korzystniejszego zestawu genów. Samica może wybierać atrakcyjnego samca dlatego, że jej synowie odziedziczą cechy, które w przyszłości również uczynią ich bardziej pożądanymi partnerami.

‍

Taki mechanizm mógłby utrzymywać określone preferencje nawet bez bezpośrednich korzyści związanych z przeżywalnością potomstwa.

‍

Choć koncepcja ta znajduje oparcie w teorii ewolucji, pełne wykazanie jej działania w naturalnych populacjach pozostaje wyzwaniem.

‍

Gdy dwie populacje zaczynają mieć odmienne upodobania

‍

Wyobraźmy sobie dwie populacje jednego gatunku, które przez długi czas żyją oddzielnie. W pierwszej samice preferują samców o czerwonym ubarwieniu, w drugiej wybierają osobniki żółte.

Podobne różnice mogą dotyczyć śpiewu, zapachu, intensywności barw czy zachowań godowych. Jeżeli izolacja utrzymuje się przez wiele pokoleń, preferencje mogą coraz bardziej się od siebie oddalać.

Rozdzielenie populacji może wynikać z odległości geograficznej, zmian klimatycznych albo historycznych wydarzeń, takich jak epoki lodowcowe. Gdy przedstawiciele obu grup ponownie się spotkają, może okazać się, że nie postrzegają się już jako atrakcyjni partnerzy.

‍

Wtedy pojawia się zasadnicze pytanie: czy odmienne preferencje seksualne same doprowadziły do izolacji rozrodczej, czy jedynie utrwaliły różnice, które powstały wcześniej? Możliwe są bowiem różne scenariusze.

‍

W jednym z nich to dobór płciowy stopniowo ogranicza krzyżowanie się osobników z odmiennych populacji.

‍

W drugim najpierw pojawiają się różnice genetyczne, przez które potomstwo mieszanych par ma mniejsze szanse na przeżycie lub rozmnażanie. Wówczas dobór naturalny może sprzyjać osobnikom unikającym partnerów z drugiej populacji.

‍

Proces ten określa się mianem wzmacniania izolacji rozrodczej (reinforcement). Rozróżnienie tych mechanizmów jest jednym z istotnych wyzwań współczesnej biologii ewolucyjnej.

‍

Niewielkie skorupiaki mogą pomóc rozwiązać wielką zagadkę

‍

Thomas Broquet i Basile Pajot prowadzą badania, które mają pomóc lepiej zrozumieć rolę preferencji partnerów w powstawaniu gatunków. W stacji biologicznej w Roscoff we Francji naukowcy zajmują się niewielkimi skorupiakami morskimi należącymi do grupy Jaera albifrons.

‍

Są to drobne równonogi przypominające miniaturowe stonogi, spotykane w strefach przybrzeżnych. Ich zachowania godowe są szczególnie interesujące.

‍

Samce wykorzystują podczas zalotów specjalne szczecinki znajdujące się na odnóżach. Delikatnie pocierają nimi grzbiety samic, próbując skłonić je do kopulacji. Te struktury, określane jako szczecinki płciowe, służą właśnie zachowaniom godowym.

‍

U różnych gatunków ich budowa i rozmieszczenie wyraźnie się różnią.

‍

U jednych samców występują krótkie, gęsto skupione szczecinki na dwóch tylnych parach odnóży. U innych są one dłuższe, zakrzywione i bardziej elastyczne, a znajdują się na czterech przednich parach odnóży.

Różni się również sposób, w jaki samce wykonują ruchy podczas zalotów.

‍

Na europejskich wybrzeżach występują cztery gatunki należące do tej grupy. Co szczególnie ciekawe, często można znaleźć je w tych samych miejscach, nawet pod jednym kamieniem odsłoniętym podczas odpływu.

Mimo bliskiego sąsiedztwa zachowują odrębność gatunkową.

‍

Badacze próbują ustalić, jak duże znaczenie dla tej odrębności mają różnice w zachowaniach godowych.

‍

Eksperyment, który ma ujawnić początki izolacji rozrodczej

‍

Aby sprawdzić swoje hipotezy, naukowcy stworzyli eksperymentalne populacje skorupiaków. W kontrolowanych warunkach umieszczono po kilkadziesiąt samców i samic należących do dwóch gatunków, zachowując jednakową liczebność obu grup. Następnie rozpoczęto analizę ich potomstwa.

‍

Eksperyment ma pomóc odpowiedzieć na dwa podstawowe pytania.

‍

Pierwsze dotyczy tego, czy jakość i budowa szczecinek godowych wpływają na sukces reprodukcyjny samców w obrębie własnego gatunku. Drugie odnosi się do kontaktów międzygatunkowych: czy te same cechy decydują o atrakcyjności samców dla samic należących do innego gatunku?

Jeśli okaże się, że cechy zwiększające sukces rozrodczy w jednej populacji jednocześnie ograniczają zainteresowanie ze strony samic drugiego gatunku, będzie to ważna wskazówka dotycząca związku między doborem płciowym a izolacją rozrodczą.

‍

Istotnym elementem badań jest również analiza zmienności genetycznej.

‍

Pozwoli ona lepiej zrozumieć, w jakim stopniu cechy związane z zalotami są dziedziczne oraz jak mogą ewoluować w kolejnych pokoleniach.

‍

Wyniki tych analiz mają pomóc wyjaśnić, czy mechanizmy wyboru partnera mogły przyczynić się do rozdzielenia blisko spokrewnionych gatunków.

‍

Nie tylko atrakcyjność. Natura tworzy wiele barier

‍

Choć dobór płciowy może silnie wpływać na ewolucję, naukowcy podkreślają, że sam wybór partnera prawdopodobnie nie wyjaśnia wszystkich przypadków powstawania nowych gatunków.

Znaczenie mają również różnice ekologiczne.

‍

Nawet skorupiaki żyjące na tym samym odcinku wybrzeża mogą wybierać nieco odmienne środowiska.

‍

Jeden gatunek może preferować kamienie znajdujące się w miejscach, gdzie podczas odpływu przepływa słodka woda spływająca z lądu. Inny częściej występuje w strefach o wyższym zasoleniu.

Jeszcze kolejny może wybierać określone gatunki brunatnic zamiast przestrzeni pod kamieniami.

‍

Takie preferencje siedliskowe ograniczają częstotliwość spotkań potencjalnych partnerów należących do różnych grup.

W konsekwencji zmniejsza się możliwość wymiany genów.

‍

Do tego dochodzą kolejne bariery, takie jak odmienne terminy rozrodu, różnice w zachowaniach godowych czy niezgodności genetyczne.

‍

Każda z tych przeszkód może być częściowo przepuszczalna, ale ich połączenie może doprowadzić do niemal całkowitego zatrzymania przepływu genów.

‍

Z biegiem czasu dwie populacje pochodzące od wspólnego przodka mogą stać się odrębnymi gatunkami.

‍

Czy preferencje seksualne mogą stworzyć nowy gatunek?

‍

Odpowiedź nie jest jeszcze jednoznaczna. Wiadomo, że dobór płciowy potrafi bardzo silnie zmieniać cechy zwierząt i przyczyniać się do izolacji rozrodczej.

‍

Nie jest jednak jasne, jak często same różnice w preferencjach partnerów wystarczają do rozpoczęcia procesu specjacji, czyli powstawania nowych gatunków. Badacze nadal próbują ustalić, która z barier pojawia się jako pierwsza i w jaki sposób kolejne przeszkody wzmacniają początkowe różnice.

‍

Jedno pozostaje pewne: rywalizacja o możliwość rozmnażania jest jednym z istotnych motorów ewolucji.

‍

To dzięki niej powstały nie tylko niezwykłe barwy, śpiewy i rytuały godowe, ale również część biologicznej różnorodności obserwowanej dziś w świecie zwierząt.

‍

Podobne procesy związane z doborem partnerów i izolacją rozrodczą mają znaczenie także w ewolucji roślin kwiatowych.

‍

Historia ewolucji pokazuje więc, że nawet pozornie drobna różnica w tym, co zwierzęta uznają za atrakcyjne, może z czasem stać się częścią znacznie większej przemiany biologicznej.