Введение
Эксплоативное поведение в поведенческой экологии Обман - термин, используемый в поведенческой экологии и этиологии для описания поведения, при котором организмы получают выгоду за счет других организмов. Обман - обычное явление во многих взаимопонимательных и альтруистических отношениях. Мошенник - это человек, который не сотрудничает (или сотрудничает меньше, чем его справедливая доля), но потенциально может получить выгоду от сотрудничества других. Мошенники также используют общие ресурсы, чтобы увеличить свою индивидуальную приспособленность за счет группы. Естественный отбор благоприятствует мошенничеству, но есть механизмы, регулирующие его. Гипотеза градиента стресса гласит, что облегчение, сотрудничество или взаимность должны быть более распространены в стрессовых условиях, в то время как обман, конкуренция или паразитизм распространены в доброкачественных условиях (т. е. избыток питательных веществ).
Cheating is a term used in behavioral ecology and ethology to describe behavior whereby organisms receive a benefit at the cost of other organisms. Cheating is common in many mutualistic and altruistic relationships. A cheater is an individual who does not cooperate (or cooperates less than their fair share) but can potentially gain the benefit from others cooperating. Cheaters are also those who selfishly use common resources to maximize their individual fitness at the expense of a group. Natural selection favors cheating, but there are mechanisms to regulate it. The stress gradient hypothesis states that facilitation, cooperation or mutualism should be more common in stressful environments, while cheating, competition or parasitism are common in benign environments (i. e nutrient excess).
Теоретические модели
Организмы общаются и сотрудничают, чтобы выполнять широкий спектр поведения. Взаимность, или взаимовыгодное взаимодействие между видами, является обычным явлением в экологических системах. Эти взаимодействия можно рассматривать как "биологические рынки", на которых виды предлагают партнерам товары, которые относительно недороги для их производства, и получают товары, которые более дороги или даже невозможны для них. Однако эти системы предоставляют возможности для эксплуатации отдельными лицами, которые могут получать ресурсы, не предоставляя ничего взамен. Эксплуатанты могут принимать несколько форм: лица, находящиеся вне взаимопонимания, которые получают товар таким образом, что не приносят никакой выгоды ни одному из партнеров, лица, которые получают выгоды от партнера, но потеряли способность дать что-либо взамен, или лица, которые имеют возможность вести себя взаимопонимательно по отношению к своим партнерам, но решили не делать этого. Другими словами, обманщики лучше всего справляются (с точки зрения эволюционных преимуществ, таких как повышенная выживаемость и размножение), когда их относительно мало, но по мере того, как обманщики становятся более распространенными, они хуже. Например, в колониях Escherichia coli есть чувствительные к антибиотикам "мошенники", которые сохраняются в небольших количествах на средах, содержащих антибиотики, когда они находятся в кооперативной колонии. Эти мошенники пользуются преимуществами других производителей, которые производят антибиотикоустойчивые вещества, но сами не производят. Однако по мере увеличения числа, если они сами не производят антибиотики, они с большей вероятностью будут подвергаться негативному воздействию антибиотического субстрата, потому что антибиотиков для защиты всех меньше. Во многих системах взаимной поддержки будут преимущества обратной связи для тех, кто сотрудничает. Например, физическая форма обоих партнеров может улучшиться. Если есть высокая награда или много преимуществ для человека, который инициировал кооперативное поведение, следует выбрать мутуализм. Когда исследователи исследовали коэволюцию сотрудничества и выбора в избирательном хозяине и его симбионте (организме, который живет в отношениях, которые приносят пользу всем вовлеченным сторонам), их модель показала, что, хотя выбор и сотрудничество могут быть изначально отобраны, это часто будет нестабильным. Таким образом, обман может возникать и сохраняться в популяциях, которые придерживаются взаимного уважения.
Примеры
Исследования обмана и нечестной коммуникации в популяциях предполагают наличие органической системы, которая сотрудничает. Без коллективной популяции, которая имеет сигналы и взаимодействия между индивидуумами, поведение, такое как обман, не проявляется. Другими словами, для изучения поведения, связанного с обманом, нужна модель, которая будет сотрудничать. Модели, которые дают представление о мошенничестве, включают социальную амебу Dictyostelium discoideum; эусоциальные насекомые, такие как муравьи, пчелы и осы; и межспецифические взаимодействия, обнаруженные в чистящих мутуализмах. Распространенными примерами чистящих взаимодействий являются более чистые рыбы, такие как рыбы-поросы и гоби, а также некоторые более чистые креветки.
В Dictyostelium discoideum
Диктиостелий дискоидный является широко используемой моделью для сотрудничества и развития многоклеточности. Этот вид амебы чаще всего встречается в гаплоидном, одноклеточном состоянии, которые питаются независимо и подвергаются бесполому размножению. Однако когда из-за нехватки пищи отдельные клетки умирают от голода, примерно 104 - 105 клеток объединяются в подвижную многоклеточную структуру, называемую "личинкой". Эусоциальные насекомые в порядке гименоптер, которые включают пчел и ос, являются хорошими примерами конфликтов интересов, присутствующих в обществах насекомых. В этих системах пчелиные королевы и осли могут спариваться и откладывать оплодотворенные яйца, из которых вылупляются самки. С другой стороны, работницы большинства видов гименоптер могут производить яйца, но не могут производить оплодотворенные яйца из-за потери способности к спариванию. где эгоистичное поведение приводит к истощению ресурсов, с долгосрочными негативными последствиями для группы. Однако в естественных сообществах пчел и ос только 0,010,1% и 1% работников откладывают яйца, что говорит о том, что существуют стратегии борьбы с мошенничеством, чтобы предотвратить трагедию общего блага. Многие виды имеют динамические репродуктивные стратегии, которые могут меняться в ответ на изменения в окружающей среде. В этих случаях несколько факторов способствуют решению переключиться между стратегиями спаривания. Например, у европейской древесной лягушки, сексуально конкурентоспособный (как, воспринимаемый как привлекательный самками) самец имеет тенденцию призывать, чтобы привлечь партнеров. Это часто называют тактикой "буржуазии".
Условия окружающей среды и социальные взаимодействия, влияющие на микробный обман
Как и многие другие организмы, бактерии полагаются на потребление железа для своих биологических процессов. Однако железо иногда трудно получить в определенных условиях, таких как почва. Некоторые бактерии развили сидерофоры, железохелатные частицы, которые ищут и приносят железо для бактерий. Сидофоры не обязательно являются специфическими для их производителя, иногда вместо этого частицы может взять другой человек. Pseudomonas fluorescens - это бактерия, обычно встречающаяся в почве. В условиях низкого содержания железа P. fluorescens вырабатывает сидерофоры, в частности пиовердин, для получения железа, необходимого для выживания. Однако, когда железо легко доступно, либо от свободного диффузирования в окружающей среде, либо от сидерофоров другой бактерии, P. fluorescens прекращает производство, позволяя бактерии посвящать свою энергию росту. Одно исследование показало, что когда P. fluorescens рос в сочетании со Streptomyces ambofaciens, другой бактерией, которая производит сидерофор-целихелин, пиовердин не был обнаружен. Этот результат показал, что P. fluorescens прекратил производство сидерофоров в пользу поглощения железосвязанного Coelichelin, ассоциация также известна как сидерофорное пиратство.
Напряжение селекции у бактерий (внутренних видов)
По определению, люди обманывают, чтобы получить выгоду, которую не получают их не обманывающие коллеги. Это поднимает вопрос о том, как может существовать кооперативная система перед лицом этих обманщиков. Один из ответов заключается в том, что изменники на самом деле имеют уменьшенную физическую форму по сравнению с теми, кто не изменяет. В исследовании, проведенном Dandekar et al., исследователи изучили показатели выживаемости популяций жующих и не жующих бактерий (Pseudomonas aeruginosa) в различных условиях окружающей среды. Эти микроорганизмы, как и многие виды бактерий, используют систему клеточной связи, называемую кворумным чувством, которая обнаруживает их плотность населения и побуждает к транскрипции различных ресурсов при необходимости. В этом случае ресурсами являются общедоступные протеазы, которые расщепляют источник пищи, такой как казеин, и частные аденозингидролазы, которые расщепляют другой источник пищи, аденозин. Проблема возникает, когда некоторые люди ("мошенники") не реагируют на эти сигналы ощущения кворума и, следовательно, не способствуют дорогостоящему производству протеазы, но пользуются преимуществами расщепленных ресурсов. Когда популяции P. aeruginosa помещаются в условия роста, где сотрудничество (и реагирование на сигнал кворума) является дорогостоящим, количество обманщиков увеличивается, а государственные ресурсы истощаются, что может привести к трагедии общего блага. Однако, когда популяции P. aeruginosa помещаются в условия роста с долей аденозина, обманщики подавляются, потому что бактерии, реагирующие на сигнал кворума, теперь производят аденозингидролазу, которую они используют для себя, чтобы переваривать источник пищи аденозина. В диких популяциях, где присутствие аденозина является обычным явлением, это объясняет, как люди, которые сотрудничают, могут иметь более высокую физическую форму, чем те, кто обманывает, тем самым подавляя обманщиков и поддерживая сотрудничество.
Полицейское наблюдение/наказание в насекомых
Обман также распространен среди насекомых. Социальные и, казалось бы, альтруистические сообщества, которые существуют у насекомых, таких как муравьи и пчелы, дают обширные возможности для обманщиков, чтобы воспользоваться системой и получить дополнительные выгоды за счет общества. Иногда колонию насекомых называют "суперорганизмом" из-за ее способности обладать свойствами, превосходящими свойства отдельных особей. Колония насекомых, в которой разные особи специализируются на конкретных задачах, означает большую продуктивность колонии и большую эффективность. Более того, согласно теории выбора родственников, для всех индивидуумов в сообществе коллективно выгодно, чтобы королева откладывала яйца, а не работницы. Это потому, что если работницы откладывают яйца, это приносит пользу работнице, откладывающей яйца, но остальные работники теперь дважды удалены из потомства этого работника. Поэтому, хотя для одного человека полезно иметь собственное потомство, для всех полезно, чтобы королева откладывала яйца. Поэтому существует система охраны рабочих и королевы от рабочих яйцеклеток. Одной из форм охраны является офагия, которая происходит при откладывании яиц рабочим, и которая встречается у многих видов муравьев и пчел. Пример комбинации охраны королевы и рабочего содержится у муравьев рода Diacamma, в которых рабочий откладывает яйца, которые берут другие рабочие и кормят "королеву". В общем, эти сигналы, которые указывают на то, что яйца откладывает королева, вероятно, не поддаются подкупу, поскольку это должен быть честный сигнал, который следует поддерживать и который не могут использовать обманщики. Фактически, 91% работниц, откладывающих яйца, были проверены в течение одного дня. Они также обнаружили, что около 20% рабочих, откладывающих яйца, не могли сделать этого из-за агрессивного поведения королевы и рабочих. Рабочие и королева схватили бы работницу, откладывавшую яйца, и пытались укусить ее или вытолкнуть из клетки. Обычно это приводит к тому, что работница удаляет свой живот, а не откладывает яйцеклетки.
Полицейское управление/наказание в других организмах
Агрессия и наказание не только у насекомых. Например, у голых крыс-кротов, наказания королевой - это способ мотивировать ленивых, менее связанных работников в их группах. Королева выгоняла ленивых рабочих, а количество выгонов увеличивалось, когда было меньше активных рабочих. Рив обнаружил, что если удалить королеву, когда колонии насыщены, значительно снижается вес активных рабочих, потому что ленивые рабочие используют систему. Наказание также является методом, используемым цихлидой Neolamprologous pulcher в их кооперативных системах разведения. Это система оплаты за пребывание, при которой рыбам-помощникам разрешается оставаться на определенных территориях в обмен на их помощь. Подобно голым крыс-кротов, помощники, которым было запрещено помогать, "бездельные помощники", получают больше агрессии, чем контрольные помощники в исследовании. Исследователи полагают, что эта система развилась, потому что рыбы обычно не тесно связаны (так что преимущества родства имеют мало влияния), и потому что существует высокий уровень риска хищничества, когда рыба находится вне группы (поэтому сильный мотиватор для рыбы-помощника оставаться в группе). Эти результаты показывают, что агрессия в качестве наказания является способом поощрить членов работать вместе и делиться едой, когда она найдена.
Межспецифические контрмеры
Обман и ограничения обмана не ограничиваются внутривидовыми взаимодействиями; он может также возникать в взаимоотношениях между двумя видами. Распространенным примером является взаимная связь между чище рыбой Labroides dimidiatus и рифовой рыбой. Бшари и Груттер обнаружили, что чистящий урон предпочитает слизь ткани клиента эктопаразитам. Это создает конфликт между чище рыбой и рифовой рыбой, потому что рифовая рыба получает выгоду только тогда, когда чище рыба ест эктопаразитов. Дальнейшие исследования показали, что в лабораторных условиях, умывающие рыбы подвергаются поведенческому изменению в условиях, когда их не пускают в пищу их любимая пища. В этой связи бактерии фиксирующие азот rhizobium фиксируют атмосферный N2 из корней бобовых растений, обеспечивая эти растения этим важным источником азота, а также получая органические кислоты для себя. Однако некоторые бактерии более взаимны, в то время как другие более паразитируют, потому что потребляют ресурсы растения, но фиксируют мало или вообще не N2. Более того, эти растения не могут определить, являются ли бактерии более или менее паразитическими, пока они не заселятся в узлах растения. Чтобы предотвратить обман, эти растения, кажется, могут наказать бактерии ризобиума. В серии экспериментов исследователи заставили бактерии и растения не сотрудничать, поместив различные узлы в атмосферу, свободную от азота. Они заметили снижение репродуктивной способности ризобиума на 50%. Уэст и другие. создал модель для бобовых санкционирующих бактерии и выдвигает гипотезу, что эти поведения существуют для стабилизации взаимодействий. Таким образом, происходит отбор против "мошенников", которые пытаются использовать растение юкка, не обеспечивая пользы от опыления.