У стальноголовой форели, которая нерестится несколько раз, репродуктивный успех в течение жизни более чем в два раза выше, чем у одиночной нерестящейся форели, что позволяет предположить, что повторный нерест дает существенные преимущества. Но, согласно новому исследованию, опубликованному в Proceedings of the National Academy of Sciences, у этого есть компромисс.
Повторные производители совершают опасное путешествие из океана к своим пресноводным нерестилищам несколько раз в течение своей жизни, в то время как одиночные производители рискуют только один раз.
Результаты показывают, что одиночные нерестящиеся рыбы более успешны, чем повторно нерестящиеся в первый раз рыбы их возраста, что указывает на компромисс между смертностью и воспроизводством. Одиночные производители умирают после размножения, поэтому они отдают все, что у них есть, на свою одну партию икры. С другой стороны, повторяйте нерест рыбы, сохраняя часть ее энергии на потом.
«Они немного сдерживаются в первый раз, когда нерестятся, а когда возвращаются во второй раз, они лучше, чем рыбы, которые нерестятся только один раз», - сказал Марк Кристи, доцент кафедры биологии. наук в Университете Пердью. «Существует компромисс между экономией энергии для успешного выживания в случае дополнительной миграции и складыванием всех яиц в одну корзину».
Несмотря на явные репродуктивные преимущества, связанные с повторным нерестом, только 2,4 процента рыб в исследовании были идентифицированы как повторно нерестящиеся, что позволяет предположить, что многократные путешествия в море и обратно сопряжены с серьезным риском.
Исследование также выявило компромисс между приспособленностью и возрастом нереста для одиночных производителей. Как и ожидалось, более крупные самцы старшего возраста имели больший репродуктивный успех, чем более молодые и мелкие самцы.
"Существует компромисс, связанный с ожиданием в море. Риск смертности увеличивается, чем дольше рыба проводит там, поэтому ожидается, что чем дольше она проведет в море, тем выше будет выигрыш, чтобы компенсировать эти потери. "Они вернутся на свои нерестилища большими и сильными", - сказал Кристи. «И это определенно то, что мы видим у самцов рыб».
Самки, с другой стороны, имели самый высокий репродуктивный успех в возрасте 3 лет, несмотря на то, что они меньше, чем 4- и 5-летние рыбы. Это явление объясняется отрицательной частотной зависимостью: идея о том, что чем реже конкретная стратегия жизненного цикла используется видом, тем выше будет его приспособленность.
«Отрицательная частотная зависимость - это идея о том, что отбор благоприятствует самым редким стратегиям истории жизни», - сказал Майкл Блуин, профессор интегративной биологии в Университете штата Орегон. «В этом исследовании мы показываем, что более старые и крупные самки рыб имеют более высокий репродуктивный успех, когда они менее распространены, возможно, из-за снижения конкуренции."
Отрицательная частотная зависимость и компромиссы в фитнесе объясняют, как стальные головы поддерживают свои невероятно разнообразные стратегии жизненного цикла. В компромиссах приспособленности затраты и выгоды, связанные с каждой чертой, не позволяют какой-либо из них стать постоянными. Отрицательная частотная зависимость делает то же самое, делая наиболее распространенные стратегии наименее полезными для организма.
Исследователи изучили эти черты в почти полной 16-летней родословной более чем 12 000 зимних стальных голов (Oncorhynchus mykiss) из реки Худ в штате Орегон. Они использовали теорию игр, математические и компьютерные модели, чтобы показать, что при отсутствии отрицательной зависимости от частоты будет доминировать одна стратегия истории жизни. Модели также показали, что сосуществование двух стратегий возможно, но существует компромисс между смертностью и рождаемостью.
"Если смертность, связанная с выходом в море, слишком высока, стратегия повторного нереста никогда не будет развиваться. Но если он достаточно низок и если есть преимущество в приспособленности, которое, как мы показали, есть, эти две стратегии жизненного цикла могут сосуществовать», - сказал Кристи. «Должны быть промежуточные уровни смертности, чтобы оба вида рыб могли существовать в населения."
Понимание того, как вид поддерживает изменчивость в жизненном цикле, может привести к более эффективным усилиям по сохранению. Исследование предполагает, что ограничение добычи более старых и крупных самок, когда их численность уменьшается, может способствовать процессам, зависящим от отрицательной частоты. Использование этих механизмов для поддержания разнообразия может обратить вспять сокращение популяции.
Кристи сотрудничала с Гордоном Макниклом из Purdue, Родом Френчем из Орегонского департамента рыбы и дикой природы и Майклом Блуином из Орегонского государственного университета. Исследование финансировалось Purdue и Bonneville Power Administration.