Полигамные птицы несут меньше вредных генетических мутаций
Птицы используют целый ряд различных систем спаривания, чтобы максимизировать свою репродуктивную функцию. Девяносто процентов видов птиц моногамны, что означает, что в течение сезона размножения у них один партнер. Партнерские отношения могут длиться только в течение времени, необходимого для выведения птенцов, или продолжаться всю жизнь, как в случае с лебедями и гусями. Наличие двух родителей, разделяющих работу таким образом, снижает нагрузку на каждого из них и считается наиболее эффективным способом обеспечения выживания птенцов.
Однако небольшой процент птиц полигамен. Это означает, что у птицы одновременно будет два или более партнеров противоположного пола, и родители не будут делить обязанности по воспитанию птенцов поровну. В случае, когда самец может монополизировать группу самок, это называется полигинией. Он будет защищать и оплодотворять всех самок, но не будет играть никакой роли в воспитании выводка. Если самка спаривается с несколькими самцами (полиандрия), она оставляет каждого самца одного высиживать и воспитывать птенцов, а сама ищет новые возможности для размножения.
Ученые не знают, почему возникли эти различные системы спаривания. Они предполагают, что каждая система максимизирует репродуктивную производительность птиц в различных экологических условиях, но это не доказано. В новом исследовании международная группа под руководством ученых из университета Бата проанализировала геномы 150 видов птиц, относящихся ко всем основным семействам птиц и обитающих в разных уголках мира, и предложила новое объяснение эволюции полигамии у птиц.
Исследователи измерили уровень гетерозиготности в геномах птиц. Это означает степень различий между генами, унаследованными от матери птицы и от ее отца. Большая гетерозиготность свидетельствует о повышенном генетическом разнообразии, что важно для популяций птиц, способных адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды. Но когда исследователи оценили уровень генетического разнообразия у каждого вида, не было обнаружено никаких доказательств того, что полигамные виды были более разнообразны, чем моногамные.
Они также изучили частоту генных мутаций у каждого вида и выяснили, влияют ли эти мутации на производство белков, которые они кодируют, или же они "молчат". Первые, называемые несинонимичными полиморфизмами, часто оказываются губительными для особи, в то время как "молчащие" мутации не выражены и, как правило, безвредны.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Evolution, показали, что по сравнению с количеством "молчащих" мутаций у полигамных видов птиц было значительно меньше потенциально вредных мутаций, изменяющих кодирующие последовательности белков.
Кис Вандерс, аспирант Университета Бата и первый автор статьи, объяснил значение этого результата: "Виды развиваются посредством естественного отбора, когда вредные мутации удаляются из популяции в долгосрочной перспективе, поскольку особи с мутацией не выживают достаточно долго, чтобы размножаться, или особи с полезными адаптациями выживают дольше. Однако виды также эволюционируют посредством полового отбора, когда эволюция формируется под влиянием конкуренции особей за доступ к спариванию, так что только наиболее желательные характеристики успешно передаются потомству".
"Это исследование предполагает, что половой отбор согласуется с естественным отбором у птиц, так что вредные мутации удаляются более эффективно в полигамных популяциях, где половой отбор особенно силен".
Предыдущие исследования на плодовых мушках (Drosophila melanogaster) в лаборатории также выявили генетические различия, которые возникают у самцов и самок мух, которые полигамны, по сравнению с теми, кто моногамен. Эти генетические изменения не обязательно выгодны для самок, но, похоже, служат интересам самцов.
"Существует много различных теорий о том, почему полигамия развилась у этих видов [животных], но мы нашли первое доказательство того, что она повышает эффективность естественного отбора, искореняя вредные мутации и избегая последствий инбридинга", - сказал Вандерс. "Ранее это наблюдалось другими учеными в лаборатории у плодовых мушек, но впервые это было замечено в диких популяциях птиц".
"У меня была гипотеза, что в полигамных видах, где особи не могут легко найти себе пару и вынуждены путешествовать дальше, чтобы найти партнера для размножения, это означает, что в таких видах будет больше генетического разнообразия. Однако мы с удивлением обнаружили, что никаких доказательств этому нет - вместо этого мы обнаружили, что у этих видов меньше вредных мутаций", - говорит соавтор исследования доктор Аракси Уррутиа.
"Несмотря на это очевидное эволюционное преимущество, большинство птиц стремятся держаться вместе, чтобы вырастить своих птенцов, потому что это дает их потомству больше шансов на выживание".
