Atklājumi.lv

Pirmo reizi izdevies novērot dabīgās atlases darbību kukaiņu savvaļas populācijā

Britu biologiem pirmo reizi izdevies detalizēti novērot, kā notiek dabīgā un dzimumatlase kukaiņu (lauka circeņu) savvaļas populācijā. Agrāk šādi pētījumi nebija tehniski īstenojami. Šis pētījums apstiprināja vairākas klasiskas teorijas, taču daži rezultāti izrādījās negaidīti. Pie "pārsteigumiem" pieder pozitīva saistība starp mātīšu dzimumpartneru skaitu un izdzīvojušajiem pēcnācējiem, kā arī negaidīti lielais skaits mātīšu, kas vispār neatstāj pēcnācējus.

Dabīgās un dzimumatlases darbību savvaļas apstākļos līdz šim pētīja gandrīz tikai mugurkaulnieku populācijās (sk.: Экспериментальное изучение естественного отбора в природе: для островных ящериц конкуренция важнее хищников, «Элементы», 21.05.2010.). Kukaiņi daudzos aspektos ir daudz ērtāki un vērtīgāki objekti, lai pētītu mikroevolucionāros procesus (kaut vai tāpēc, ka viņi ātrāk vairojas). Taču līdz šim dabīgās atlases ietekmi uz kukaiņiem pētīja pārsvarā tikai laboratorijās, kur nav iespējams precīzi radīt visu faktoru spektru, kas ietekmē atlases virzību dabā. Detalizēti izsekot kukaiņu savvaļas populācijas dzīvei tehniski ir ļoti sarežģīti.

Britu biologu raksts, kas publicēts žurnāla Science 4.jūnija numurā, parāda, ka šīs tehniskās grūtības beidzot ir izdevies pārvarēt. Autori paziņoja par rezultātiem, kas iegūti, divus gadus novērojot nelielu lauka circeņu Gryllus campestris populāciju nelielā Astūrijas pļavā (Ziemeļspānija). Paveikt šo uzdevumu, kas agrāk likās neizpildāms, viņiem palīdzēja videotehnikas attīstība un DNS analīzes izmaksu samazinājums. Pļavā uzstādija 64 videokameras, kas bija jūtīgas pret kustību un spējīgas filmēt infrasarkanajā diapazonā. Tas ļāva novērot circeņus visas diennakts garumā veselas divas sezonas.

Pavasarī circeņi pēdējo reizi nomet apvalku, pārvēršoties no nimfas par pieaugušu kukaini. Pēc pāris dienām tēviņi sāk dziedāt pie savu aliņu izejām, bet mātītes sāk doties no vienas aliņas uz citu, meklējot piemērotu kavalieri. Arī tēviņi dažreiz aizstaigā līdz blakus esošajām aliņām. Divu tēviņu satikšanās parasti beidzas ar kautiņu. Autori saskaitīja, cik reizes šādās sadursmēs uzvar un zaudē katrs tēviņš, un pēc šo novērojumu rezultātiem nosacīti sadalīja tēviņus "dominantajos" un "pakļautajos." Ja mātīte ir apmierināta ar pielūdzēja dziesmu, izskatu un smaržu, tā var palikt kopā ar viņu vairākas stundas vai dienas. Šajā laikā viņi daudzkārt pārojas. Circeņu aliņas ir pārlieku šauras, tāpēc viņi pārojas un nomet apvalkus ārpusē, modro videokameru priekšā. Pēc tam mātīte var doties nākamā partnera meklējumos. Mātītes visā vairošanās periodā ik pa brīdim izdēj pa vienai olai, kuru paslēpj zemē. No olām izšķiļas nimfas (kāpuri), kuri pa vasaru ātri aug, bet ziemu pavada guļot savās aliņās.

Autori novēroja tikai pieaugušus īpatņus kopš to pēdējās apvalka nomešanas reizes. Visus pieaugušos circeņus individuāli atzīmēja, un no katra paņēma DNS paraugu. Tas ļāva precīzi noteikt māti un tēvu katram circenim, kas otrajā novērojumu gadā bija sasniedzis briedumu.

Iegūtie rezultāti apstiprināja daudzas teorētiskas prognozes, taču bija arī daudzi pārsteigumi.
Circeņiem, tāpat kā vairumam dzīvnieku, tēviņu un mātīšu attiecība populācijā ir tuva attiecībai 1:1 (sk.: Почему соотношение полов почти всегда 1:1?). Tāpēc vidējais pēcnācēju tēviņu un mātīšu pēcnācēju skaits vienmēr ir vienāds (jo katram circenim ir tikai viens tēvs un māte). Taču izkliedei pēc šī rādītāja tēviņiem un mātītēm jābūt dažādai. Viens no fundamentāliem dzimumatlases teorijas paredzējumiem ir par to, ka tēviņiem pēcnācēju skaitam jāsvārstās spēcīgāk, nekā mātītēm, jo spermatozoīdi ir "lētāki" par olšūnām, un viens tēviņš potenciāli var apaugļot daudz vairāk olu, nekā mātīte var izdēt visas savas dzīves laikā. Šis paredzējums kopumā apstiprinājās.

Visspējīgākais tēviņš atstāja 17 pieaugušus pēcnācējus, bet pati veiksmīgākā mātīte - tikai 8. Taču atšķirības reproduktīvo sasniegumu izkliedē izrādījās mazākas par gaidāmo. Vēl viens negaidīts pārsteigums - daudzās mātītes, kas vispār neatstāja līdz pilngadībai izdzīvojušus pēcnācējus.

Iespējams, ka līdzība starp tēviņiem un mātītēm reproduktīvo sasniegumu izkliedes ziņā ir saistīta ar to, ka circeņiem ir raksturīga poliandrija, un, tātad, arī spermu kari (sk.: Взаимопомощь среди сперматозоидов основана на семейственности, «Элементы», 29.01.2010.). Lai gūtu iespēju uzvarēt šajos karos, tēviņam nākas ieguldīt ejakulātā daudz resursu. Bet circeņu mātītes par pēcnācējiem nerūpējas - izdēja olu un aizmirsa par to, tāpēc galu galā tēva un mātes tēriņi viena pēcnācēja radīšanai izrādās diezgan salīdzināmi. Varbūt tāpēc reproduktīvo sasniegumu izkliede abiem dzimumiem izrādījās līdzīga.

Vēl viens apstiprinājies paredzējums ir pozitīva korelācija starp tēviņa reproduktīvajiem panākumiem (pēcnācēju skaitu) un partneru skaitu, ar ko viņam izdevies sapāroties. Taču tieši tāda pati korelācija tika atklāta arī mātītēm: izrādījās - jo vairāk mātītei dzimumpartneru, jo vairāk tai pēcnācēju. Šis rezultāts ir starp negaidītajiem. Iemesli var būt dažādi. Zināms, ka circeņu mātītes, līdzīgi daudziem citiem dzīvniekiem, var manipulēt ar to tēviņu spermu, ar kuriem tās ir pārojušās, dodot priekšroku dominantajiem vai, piemēram, mazāk radniecīgajiem tēviņiem. Jo vairāk partneru, jo plašāka spermatozoīdu izvēle, un rezultātā pēcnācēji izrādās veselīgāki (sk.: Распутство матерей идет на пользу потомству, «Элементы», 09.11.2006.) Taču saistība starp mātīšu partneru un pēcnācēju skaitu var izskaidrot arī ar to, ka abus šos rādītājus nosaka mātītes gēnu kvalitāte, tās veselība un enerģiskums.

Pētījums tāpat apstiprināja, ka lielāki circeņi atstāj vairāk pēcnācēju, nekā mazākie (tas ir raksturīgi daudziem dzīvniekiem, sk.: Почему рыбы избегают неравных браков, «Элементы», 12.06.2009.), bet tēviņi, kas dzied daudz, ir veiksmīgāki par klusētājiem. Starp citu, tas attiecas tikai uz mazajiem tēviņiem, jo lielajiem pēcnācēju skaits nebija atkarīgs no dziedāšanas ilguma. Laboratorijas apstākļos mātītes parasti vairāk interesējas par aktīvi dziedošiem tēviņiem neatkarīgi no to izmēriem. Iespējams, savvaļas novērojumu nesakritība ar novērojumiem laboratorijā šajā gadījumā ir izskaidrojama ar to, ka laboratorijā netiek radīti pilnīgi visi apstākļi, kas ir būtiski kukaiņiem savvaļā. Saistība starp dziedāšanas ilgumu un reproduktīvajiem sasniegumiem mazajiem tēviņiem savvaļā daļēji ir izskaidrojama ar to, ka tieši pie mazajiem pieder paši vājākie circeņi ar "sliktajiem gēniem", kuriem nav spēka dziedāt un kuri parasti iet bojā, nepaspējot ne padziedāt, ne sapāroties ar mātīti. Starp lielajiem circeņiem šādu vājo īpatņu praktiski nav. Neesoša korelācija starp dziedāšanu un reproduktīvajiem sasniegumiem lielajiem tēviņiem ir saistīta arī ar to, ka sekmīgam tēviņam nav vajadzības daudz dziedāt, kamēr ar viņu aliņā dzīvo viņa savaldzinātā mātīte.

Laboratorijas apstākļos paši spēcīgākie ("dominantie") tēviņi var monopolizēt piekļuvi pie mātītēm un tā krasi uzlabot savus reproduktīvos sasniegumus. Savvaļas populācijā nekas līdzīgs netika novērots. Tieši pretēji, "pakļautie" tēviņi pat izrādījās sekmīgāki mātīšu savaldzināšanā. Dominantie vidēji pārojās ar mazāku mātīšu skaitu. Tiesa, pieauguši pēcnācēji viņiem bija tikpat daudz kā vājākajiem tēviņiem.

Šis ir pirmais un pagaidām vienīgais tāda veidā pētījums, tāpēc no tā izdarīt tālejošus secinājumus nevajag. Neviens nezina, vai novērotā circeņu populācija ir tipiska, vai, iespējams, citās populācijās viss ir citādi. Autori atzīmē, ka pļava, kurā viņi veica novērojumus, ir izolēta no citiem iecirkņiem, kas ir derīgi circeņu dzīvei, - tam apkārt ir ceļi un upe. Lidot circeņi neprot, tāpēc nav izslēgts paaugstināts tuvradniecīgās krustošanās līmenis. Citiem vārdiem, noteiktās īpatnības var būt raksturīgas ne visai circeņu populācijai, kur nu vēl visām kukaiņu populācijām vispār, bet gan, piemēram, mazām izolētām un deģenerētām šīs circeņu sugas populācijām. Būs vajadzīgi desmitiem līdzīgi pētījumi, pirms varēs pāriet pie plašākiem vispārinājumiem un nopietniem teorētiskiem secinājumiem.

Galvenais šajā rakstā ir nevis konkrēti dati par circeņiem, bet gan uzskatāma demonstrācija, ka neiespējamais beidzot ir kļuvis par iespējamu. Mikroevolūcionāros procesus kukaiņu populācijās tagad var tieši novērot ne tikai laboratorijā, bet arī dabā.

Augšējā attēlā: Lauka circeņa Gryllys campestris tēviņš muzicē, izmanto labo spārnu kā vijoli, bet kreiso kā lociņu. Foto no vietnes www.orchis.webzdarma.cz. Pārpublicēts no elementy.ru

Avots:

R. Rodríguez-Muñoz, A. Bretman, J. Slate, C. A. Walling, T. Tregenza. Natural and Sexual Selection in a Wild Insect Population // Science. 2010. V. 328. P. 1269-1272.

Sk. arī:

1) Videofilmas, kas ilustrē galvenos notikumus circeņu dzīvē: pēdējā apvalka nomešana (pieauguša īpatņa izlīšana no nimfas ādas), pārošanās, tēviņa dziedāšana, olu izdēšana, tēviņu kautiņš, plēsoņu uzbrukums.

2) Экспериментальное изучение естественного отбора в природе: для островных ящериц конкуренция важнее хищников, «Элементы», 21.05.2010.

Aleksandrs Markovs

Ilmāra Cīruļa tulkojums

Raksts pārpublicēts no elementy.ru