Почему у некоторых животных есть экстравагантные, эффектные украшения - например, рога лося и оленя, павлиньи перья и рога навозных жуков - которые могут быть помехой для выживания? Чарльз Дарвин не мог этого понять, но теперь у исследовательской группы Северо-Западного университета есть возможное объяснение этого загадочного феномена эволюции.
Исследователи разработали математическую модель, которая сделала удивительное предсказание: у животных с украшениями самцы эволюционируют из-за напряжения между естественным отбором и половым отбором в два различных подвида, один с яркими, «дорогостоящими» украшениями для привлечения внимания. товарищи и один с приглушенными, «недорогими» украшениями.
«Орнаментация сохраняется в природе, и наша количественная модель показывает, что вид может разделиться на два подвида в результате битвы орнаментов, которая происходит с течением времени», - сказал Дэниел М. Абрамс, доцент технических наук. и прикладная математика в Инженерной школе Маккормика.
Свидетельства природы согласуются. Исследователи изучили имеющиеся данные об украшениях животных, таких как рога оленя, перья павлина, яркость определенных рыб и длину хвоста некоторых птиц, от 15 видов. Они обнаружили одинаковую картину распределения размеров украшений у многих видов: животные часто разделялись на две подгруппы, предсказанные моделью, одну эффектную и одну сдержанную, с очень немногими в середине.
Именно рога оленя впервые заставили Абрамса, прикладного математика, задаться вопросом, почему некоторые животные тратят драгоценную энергию, чтобы вырастить и носить с собой что-то, что может поставить под угрозу жизнь. Нет ничего необычного в том, что самцы оленей и их рога застревают в деревьях или заборах - или друг в друге в драке - и умирают.
"Животные с экстравагантными украшениями показывают, насколько они крепки и сильны, что они могут преодолеть затраты на эти украшения, и это привлекает противоположный пол", - сказал Абрамс, который руководил исследованием.
На самом деле, существование подчиненной подгруппы является фактором способности индивидуумов яркой подгруппы передавать свои гены. Контраст придает более показным особям физическое отличие и престиж, помогая ухаживать за партнерами и размножаться.
Исследование, которое помогает нам понять, как развивалась жизнь на Земле, будет опубликовано 29 ноября (30 ноября в Великобритании) журналом биологических наук Royal Society Proceedings B.
Другими авторами исследования являются Сара М. Клифтон, аспирант группы Абрамса, и Розмари И. Браун, вычислительный биолог и доцент профилактической медицины в Медицинской школе Файнберга Северо-Западного университета.
«Это исследование эволюции с использованием математической биологии - как половой отбор и естественный отбор взаимодействуют друг с другом и порождают некоторые из странных вещей, которые мы наблюдаем в мире животных», - сказал Клифтон, первый автор статьи.«Рогатый навозный жук из нашего исследования - хороший пример того, как большие рога действительно мешают животному, но они существуют».
Абрамс, Браун и Клифтон начали с принципа гандикапа Захави в 1975 году, который предлагает элегантное объяснение эволюции ярких украшений: украшения сигнализируют об индивидуальном качестве и способности преодолевать высокие затраты. Это обеспечивает «честную рекламу» противоположному полу, делая выбор партнера более эффективным.
Исследователи включили в математическую модель как предположения о принципе гандикапа, так и то, как будут выглядеть эволюционирующие украшения в течение длительного периода времени. Результаты показали, что этих предположений достаточно, чтобы объяснить ранее вызывавшее недоумение наблюдение двух отдельных подгрупп ярких, дорогих украшений и приглушенных, дешевых украшений у множества видов, охватывающих животный мир.
После разработки своей модели исследователи изучили 23 набора данных о 15 различных видах животных из опубликованной научной литературы и обнаружили, что все они согласуются с их моделью. Исключений не было.
«Модель полностью независима от лежащего в основе генетического механизма, который заставляет эти украшения расти, что я нахожу захватывающим», - сказал Браун. «Это говорит нам о том, что если у вас есть эти две конкурирующие силы, естественный отбор и половой отбор, возникнут две морфы или подгруппы. Модель настолько общая, что ее можно применять ко многим различным видам и при этом иметь ту же объяснительную силу».
Какое место занимают люди?
Я не хочу заходить слишком далеко, но естественная аналогия заключается в том, что люди также могут пытаться казаться более привлекательными, тратя ресурсы на вещи, которые стоят больших денег - дорогие дома, машины, одежду или драгоценности, например», - сказал Абрамс.
Вы можете позволить себе тратить столько денег на эти вещи только в том случае, если у вас уже есть много денег. Это демонстрирует богатство, выбрасывая много денег на эти предметы, что похоже на то, как олени имеют эффектные, но дорогие рога, - сказал он.
Фонд Джеймса С. Макдоннелла (грант № 220020230) и стипендия Национального научного фонда № DGE-1324585 поддержали исследование.