Persekitaran yang pelbagai menyumbang kepada pembiakan seksual, monotonous - asexual • Alexander Markov • Berita sains mengenai "Unsur" • Biologi, Evolusi

Persekitaran yang pelbagai menggalakkan pembiakan seksual, membosankan – aseksual

Rotifers Brachionus calyciflorus. Ukuran haiwan adalah kira-kira 0.3 mm. Gambar dari artikel: Turchin, 2003. Ekologi: Evolusi dalam dinamika populasi

Terdapat banyak hipotesis dan teori yang menerangkan asal-usul pembiakan seksual, tetapi sangat sedikit data percubaan yang mengesahkan atau menolak idea-idea ini. Eksperimen dengan monogononta rotifers, yang boleh membiak kedua-dua asexually dan seksual, telah mengesahkan teori bahawa pelbagai keadaan persekitaran merupakan faktor penting dalam evolusi pembiakan seksual. Dalam persekitaran yang membosankan, populasi rotifer percubaan berkembang pesat ke arah kehilangan pembiakan seksual, sedangkan dalam persekitaran yang pelbagai ini tidak berlaku.

Rotifers Brachionus calyciflorus makan koloni (trichomes) cyanobacteria filamen Anabaena. Rotifer menanggung sendiri dua telur parthenogenetik besar. Gambar dari www.uv.es

Monogononta rotifers (monotropic) mampu kedua-dua asexual (parthenogenetic) dan pembiakan seksual. Dengan ketumpatan penduduk yang rendah, sebagai peraturan, hanya perempuan yang berada di dalamnya, yang menghasilkan telur diploid yang dipanggil amiktik (parthenogenetic), di mana generasi wanita akan datang tanpa persenyawaan.Pada ketumpatan tinggi, sesetengah betina mula menghasilkan telur haploid, dari mana lelaki yang tidak berkhasiat kecil muncul. Mereka berkeliaran dengan betina, menyebabkan "berehat" telur yang disenyawakan dengan cangkang padat. Daripada jumlah ini, hanya perempuan yang berasal. Rotifers memutuskan peralihan kepada pembiakan seksual berdasarkan "perasaan kuorum" (lihat: "Perasaan Kuorum": membuat keputusan secara kolektif dalam makro dan microworld, Elements, 2 April 2009). Ini berlaku apabila kepekatan bahan yang disekat oleh wanita melebihi ambang tertentu. Oleh itu, untuk mencetuskan wanita untuk pembiakan seksual, sudah cukup untuk meletakkannya di dalam air yang diambil dari akuarium, di mana populasi rotifers tinggi.

Rotifers Brachionus kebolehubahan keturunan kerana kecenderungan untuk satu atau lain cara pengeluaran semula didapati. Ini bermakna kaedah pembiakan yang dipilih oleh rotifers dalam keadaan ini bergantung bukan sahaja kepada alam sekitar, tetapi juga pada keturunan: ada klon wanita yang mudah dan cepat beralih ke reproduksi seksual, sementara klon lain melakukannya dengan kurang rela.

Kitaran hidup monogononta rotifers. Gambar dari bahan tambahan kepada artikel yang dibincangkan diAlam

Ciri-ciri biologi rotifer yang tersenarai menjadikannya objek yang mudah untuk kajian eksperimen tentang evolusi seks. Terdapat banyak teori dan hipotesis yang menjelaskan mengapa pembiakan seksual begitu meluas, walaupun harga "tinggi" yang anda perlu bayar (lihat: Eksperimen pada cacing membuktikan bahawa lelaki adalah perkara yang berguna, Elemen, 23 Oktober 2009) . Walau bagaimanapun, kerja eksperimen yang mengesahkan atau membantah idea-idea ini telah dilakukan setakat ini.

Menurut satu teori, heterogenitas (heterogenitas) keadaan alam sekitar dapat menjadikan pembiakan seksual lebih bermanfaat (Pylkov, Zhivotovsky, Feldman, 1998. Lenormand, Otto, 2000. Evolusi rekombinasi dalam persekitaran heterogen, Agrawal, 2009. heterogeneity spatial diploma seks). Inti idea ini adalah seperti berikut. Katakan populasi terdiri daripada dua bahagian (subpopulasi) yang hidup dalam keadaan yang berbeza, dan terdapat pertukaran individu di antara bahagian (penghijrahan). Dalam setiap dua subpopulasi, pemilihan akan menyokong kombinasi gen yang berlainan (lebih tepatnya, varian genetik – alel). Jika individu berhijrah dari satu subpopulation ke yang lain, beberapa gen (dan gabungan gen) akan berada dalam keadaan baru yang berbahaya, mengurangkan kecergasan.Oleh itu, ia akan memberi manfaat kepada semua gen individu ini untuk menghilangkan beban ini dan mencari "syarikat" yang lebih sesuai, iaitu, untuk bersatu dengan gen orang pribumi yang lebih baik disesuaikan dengan keadaan setempat. Ini sangat mudah dicapai dengan bantuan pembiakan seksual, tetapi adalah mustahil jika anda membiak dengan parthenogenesis. Oleh itu, jika migrasi berlaku dengan kerap, sebarang mutasi yang meningkatkan kecenderungan individu untuk pembiakan seksual mempunyai peluang untuk menyebar ke dalam populasi dan menggantikan alel pesaing, yang mengurangkan frekuensi (kebarangkalian) pembiakan seksual.

Para ahli biologi dari Kanada dan Jerman berjaya mendapatkan pengesahan percubaan idea ini semasa eksperimen dengan pemutar. Brachionus calyciflorus. Rotifer eksperimental dibiakkan dari telur yang dikumpulkan dalam populasi semulajadi tunggal. Telah ditunjukkan sebelum ini bahawa dalam populasi ini terdapat variasi genetik dalam kecenderungan seks, dan kerana terdapat variasi genetik, maka evolusi adalah mungkin di bawah pengaruh pemilihan.

Penulis memperoleh 120 populasi makmal dari telur yang dikumpulkan, yang kira-kira sama dari segi sifat mereka dan tahap kebolehubahan.Sebahagian daripada populasi kemudiannya berkembang dalam keadaan homogen, sebahagian – dalam keadaan heterogen selama 14 minggu, yang sepadan dengan kira-kira seratus generasi. Jumlah setiap populasi dikekalkan pada kira-kira 10,000 individu.

Kondisi heterogen dimodelkan seperti berikut. Penduduk terbahagi kepada dua bahagian (subpopulasi). Satu bahagian diletakkan dalam medium "nutrien" yang kaya, dan yang lain – dalam "miskin". Kekayaan alam sekitar ditentukan oleh bilangan alga uniselular yang dipendekkan rotifers, dan jumlah alga ditentukan oleh kepekatan nitrogen di dalam air. Dari semasa ke semasa dalam setiap akuarium, sebahagian daripada air digantikan dengan medium nutrien segar, sehingga jumlah makanan kekal kira-kira tetap. Penghijrahan di antara subpopulasi dijalankan oleh penanaman mingguan sebahagian daripada rotifers dan telur mereka dari satu akuarium ke yang lain. Dua tahap migrasi yang berbeza digunakan: 1% dan 10% individu setiap generasi.

Dalam eksperimen "homogen", semuanya dilakukan dengan cara yang sama, kecuali persekitaran di kedua akuarium adalah sama: baik kaya atau miskin.

Penulis mengikuti perubahan dalam kekerapan pembiakan seksual dan "kecenderungan keturunan" kepadanya dalam setiap populasi.Kekerapan sebenar ditentukan oleh nisbah amiktik (unfertilized) dan berehat (disenyawakan) telur. Perubahan dalam "kecenderungan keturunan" (kekerapan alel hypothetical yang mengawal kecenderungan untuk pembiakan seksual) telah ditentukan menggunakan ujian individu klon berputar individu. 84 wanita diambil dari setiap populasi dan klen parthenogenetik kecil diperolehi daripada mereka. Kemudian, di dalam air di mana klon ini hidup, mereka menambahkan air dari akuarium dengan kepadatan tinggi wanita (seperti yang telah disebutkan, ini adalah cara standard rangsangan seksual rotifers) dan menghitung bilangan klon yang diluluskan kepada pembiakan seksual.

Pada permulaan percubaan, populasi eksperimen menunjukkan kesediaan yang sangat tinggi untuk melakukan hubungan seks: lebih daripada 80% klon pergi ke pembiakan seksual dengan rangsangan yang sesuai. Selepas enam minggu dalam populasi yang hidup dalam persekitaran yang membosankan, angka ini jatuh kepada 60%, selepas enam minggu lagi – hingga 40%. Oleh itu, dalam pemendekan persekitaran yang homogen dengan cepat berkembang ke arah kehilangan pembiakan seksual. Proses ini pada kelajuan yang sama baik dalam keadaan miskin dan dalam persekitaran yang kaya.

Dalam populasi yang hidup dalam persekitaran yang pelbagai, selepas 6 dan 12 minggu selepas percubaan bermula, tahap reproduksi seksual yang lebih tinggi diperhatikan. Ia juga berkurangan berbanding dengan yang awal, tetapi hanya sedikit. Selepas 12 minggu, sekurang-kurangnya 70% klon dalam populasi ini masih bersedia untuk menghasilkan reproduksi seksual sebagai tindak balas kepada rangsangan yang sesuai. Tahap penghijrahan (1% atau 10% pendatang per generasi) tidak menjejaskan hasil eksperimen.

Mengapa kekerapan pembiakan seksual masih dikurangkan walaupun dalam populasi ini? Mungkin ini disebabkan oleh fakta bahawa populasi semula jadi, yang mana makmal diperoleh, hidup dalam keadaan yang lebih heterogen daripada yang dicipta dalam eksperimen.

Selepas 14 minggu, penulis menggabungkan semua populasi eksperimen, bercampur dengan baik, dan sekali lagi membahagikannya kepada 120 garis terpencil. Kecenderungan seks dalam talian ini pada asalnya kira-kira 45-50%. Mereka sekali lagi diletakkan dalam keadaan seragam atau berbeza. Dalam kes pertama, kekerapan pembiakan seksual terus berkurangan, pada yang kedua, ia mula meningkat. Oleh itu, kandungan dalam keadaan heterogen bukan sahaja dapat memperlahankan penurunan kekerapan pembiakan seksual, tetapi juga menyebabkan pertumbuhannya.

Rupa-rupanya, untuk keadaan heterogen yang dicipta dalam eksperimen, frekuensi stabil atau keseimbangan pembiakan seksual (bahagian keseimbangan klon yang sedia untuk rangsangan untuk pergi ke pembiakan seksual) adalah di antara 55 dan 70%. Jika kekerapan klon-klon tersebut ternyata berada di bawah paras keseimbangan, "gen pembiakan seksual" mendapat kelebihan terpilih atas "gen seksual" dan sebaliknya. Di bawah keadaan homogen, paras keseimbangan tidak lebih daripada 25-30% (tanda ini, kecenderungan untuk melakukan seks dalam populasi eksperimen pada akhir minggu ke-20 telah jatuh), atau mungkin juga sifar. Para penulis mengakui bahawa jika mereka meneruskan percubaan, mereka mungkin dapat menyimpulkan putar yang benar-benar kehilangan minat seks, seperti halnya dengan nenek moyang rotifers bdelloid (kelas Digononta atau Bdelloidea; lihat pautan di bawah).

Para penulis percaya bahawa hasil yang diperoleh adalah yang terbaik dijelaskan oleh mekanisme yang dijelaskan di atas: pembiakan seksual membantu "memecah" kombinasi gen yang sesuai untuk beberapa keadaan, tetapi tidak menguntungkan orang lain. Ini secara tidak langsung disahkan, terutamanya, oleh fakta bahawa rotifers yang telah tinggal selama 15 minggu dalam persekitaran homogen (miskin atau kaya) telah benar-benar disesuaikan dengan syarat-syarat ini.Adaptasi dinilai oleh bilangan bilangan keturunan yang dihasilkan oleh wanita tunggal semasa hidup. Rotifers yang telah menyesuaikan diri dengan menghasilkan persekitaran yang kaya, secara purata, kira-kira 9 keturunan setiap kehidupan, tetapi jika mereka ditransplantasikan ke persekitaran yang buruk, kejayaan reproduksi mereka turun ke 5 keturunan. Perempuan yang disesuaikan dengan persekitaran yang miskin menghasilkan sekitar 6 keturunan, dan jika mereka ditransplantasikan ke dalam persekitaran yang kaya, fecundity mereka jatuh ke kira-kira 5.5. Oleh itu, keadaan yang berbeza memberi sumbangan kepada pemilihan alel yang berlainan.

Hasil eksperimen. Paksi menegak – peratusan wanita yang pergi ke pembiakan seksual dengan kehadiran rangsangan kimia yang sesuai. Horizontally – masa dari permulaan percubaan dalam minggu (kira-kira 14 generasi rotifers diganti dalam 14 minggu). Segitiga – populasi yang hidup dalam keadaan heterogen, bulatan hitam – populasi yang hidup dalam keadaan "kaya" yang homogen, bulatan putih – dalam "miskin" yang homogen. Barisan menegak menunjukkan momen apabila semua populasi eksperimen bercampur, dan kemudian dibahagikan lagi. a – Keamatan migrasi yang tinggi (10% pendatang setiap generasi), b – rendah (1%). Gambar dari artikel dibincangkan diAlam

Satu penjelasan alternatif adalah bahawa heterogeneity atau perubahan keadaan boleh mengakibatkan pengurangan keseluruhan kekuatan pemilihan pemurnian (iaitu pemilihan yang menolak mutasi berbahaya). Oleh itu, dapat diandaikan bahawa, di bawah keadaan heterogen, "gen pembiakan seksual" masih tetap "membahayakan", hanya pemilihan itu mula menyaring mereka dengan lebih cekap, dan oleh itu penurunan kekerapan reproduksi seksual semakin perlahan. Tetapi dalam kes ini, kadar pengurangan kekerapan ini semestinya bergantung kepada saiz populasi. Semakin besar populasi, semakin lemah kesan drift genetik (fluktuasi rawak frekuensi alel) di dalamnya dan semakin berkesan kesan pemilihan pada mutasi yang sedikit berbahaya. Untuk menguji ini, penulis menjalankan percubaan lain dengan populasi sepuluh kali ganda (100,000 individu dan bukannya 10,000). Ini tidak menjejaskan keputusan sama sekali, yang bermaksud bahawa kesan yang diperhatikan tidak dikaitkan dengan drift genetik.

Satu lagi penjelasan yang mungkin berkaitan dengan fakta bahawa telur yang berbeza terbentuk dalam rotifers semasa pembiakan seksual dan aseksual: dalam kes pertama ini adalah telur dengan shell tebal yang boleh bertolak ansur dengan keadaan tidak menguntungkan, dalam telur kes kedua dengan cangkang nipis lebih terdedah.Mungkin, hasil yang diperoleh dijelaskan oleh ketahanan telur yang berbeza semasa pemindahan dari satu keadaan ke yang lain? Penulis tidak berfikir begitu, kerana dalam hal ini hasil eksperimen itu harus bergantung kuat pada intensitas "migrasi". Walau bagaimanapun, pergantungan ini tidak dikenalpasti.

Rupa-rupanya, kepelbagaian keadaan persekitaran sememangnya merupakan faktor penting yang menghalang kebanyakan organisma daripada melepaskan reproduksi seksual, walaupun segala kesulitan dan kos yang berkaitan dengannya.

Sumber: Lutz Becks, Aneil F. Agrawal. Kadar perubahan seks dalam lingkungan persekitaran yang heterogen // Alam. 2010. V. 468. P. 89-92.

Lihat juga:
1) Eksperimen pada worm membuktikan bahawa lelaki adalah perkara yang berguna, "Unsur", 10.23.2009.
2) Pertukaran gen mendatar menggantikan rotif pembiakan seksual, "Elements", 07.06.2008.
3) Kehilangan pembiakan seksual menyumbang kepada kemunculan gen baru, "Unsur", 15.10.2007.
4) Rotifers disimpan dari parasit, terbang ke takungan lain, "Unsur", 02.02.2010.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: