淨化不良突變雄性之間激烈的競爭有助於保持種群的遺傳健康
少數雄性足以讓所有雌性受精。因此,雄性的數量對一個種群的增長沒有什麼影響。然而,它們對於清除種群中的不良突變非常重要。烏普薩拉大學的一項新研究表明了這一點,該研究深入了解了性選擇可能帶來的長期遺傳後果。該結果發表在科學雜誌《進化通訊》上。
一對交配的種子甲蟲試圖脫離(左為雌性,右為雄性) 資料來源:Mareike Koppik
該研究支持這樣的理論,即在許多動物物種中,作用於雄性的選擇可以給種群帶來偶然的好處,使後代繼承健康基因。雄性之間的激烈競爭導致了對具有許多有害突變的個體的選擇性淘汰,防止他們將上述突變傳遞下去。這可能對一個有性繁殖的種群的增長和持久性產生積極的長期影響。
“當通過嚴格的雄性選擇將有害突變從一個種群中清除,導致更少的雄性繁殖時,這個過程可以對種群的增長產生很少或沒有影響。這是因為相對較少的雄性足以使種群中的所有雌性受精,因此,無論這些雌性是由少數雄性還是由許多雄性受精,對這些雌性能產生的後代的數量幾乎沒有什麼區別,特別是在雄性不照顧自己的後代的物種中。”加拿大多倫多大學的進化生物學家、該研究的主要作者Karl Grieshop說:”相比之下,對雌性的這種嚴格選擇將導致更少的雌性繁殖,因此產生更少的後代,這可能導致大規模的人口下降甚至滅絕。”
一隻種子甲蟲雌性(右)拒絕雄性(左)的交配嘗試。資料來源:Mareike Koppik
研究人員使用了16個種子甲蟲(Callosobruchus maculatus)的遺傳品係來研究每個品系中推斷出的有害突變數量如何影響雌性和雄性的生殖能力。通過密集的近親繁殖,然後在它們之間進行雜交,可以量化每個品系的獨特突變的累積效應。通過比較近親繁殖的品系和它們之間的雜交,科學家們能夠看到這些突變對雌性和雄性的傷害幾乎相同。然而,當只看品系間的雜交時,也就是與自然界中的選擇方式更相關的遺傳變量環境,這些突變的影響只表現在男性的健康上。在雌性中,它們所攜帶的突變的有害影響在這種更多的遺傳變異背景下是檢測不到的,因此在自然界中不會通過雌性特異性選擇來有效清除。
這表明,儘管這些突變對女性的繁殖有不利影響,但通過對男性攜帶者的選擇比對女性攜帶者的選擇更有效地將它們從群體中清除。Grieshop說:”我們小組和其他小組以前的研究已經成功地通過人工誘導突變來顯示這種效果,但這是第一個直接證據,證明自然發生的基因變體也會產生這種效果。”
在研究人員看來,他們的研究為為什麼這麼多多細胞生物使用有性繁殖這一古老的問題提供了新的啟示。
“產出更多的雄性會導致一個物種的繁殖能力下降,因為雄性本身對生產後代的貢獻比雌性少。那麼,問題是為什麼一個物種會進化成有性繁殖,而不是僅僅通過無性繁殖生產雌性。”烏普薩拉大學生態學和遺傳學系的研究人員和團隊負責人David Berger說:”我們的研究表明,雄性的產生可能為交配機會進行激烈的競爭,能夠更快地清除種群中的有害突變,從而使一組更健康的基因和相對於無性繁殖的更高繁殖能力。”