Введение
Теория биологии Сексуальное распределение - это распределение ресурсов для мужского и женского размножения в половых видах. Теория распределения полов пытается объяснить, почему многие виды производят одинаковое количество самцов и самок. У двуяйцевых видов, где индивиды являются либо самцами, либо самками на протяжении всей жизни, решение о распределении лежит между производством самцов или самцов. В последовательных гермафродитах, где индивиды функционируют как один пол в начале жизни, а затем переключаются на другой, решения о распределении лежат в том, какой пол будет первым и когда менять пол. Животные могут быть двуяйчными или последовательными гермафродитами. Теория распределения полов также применяется к цветущим растениям, которые могут быть двуяйственными, одновременными гермафродитами, иметь однополые растения и гермафродиты в одной популяции, иметь однополые цветы и гермафродиты на одном растении или иметь только гермафродиты.
Sex allocation is the allocation of resources to male versus female reproduction in sexual species. Sex allocation theory tries to explain why many species produce equal number of males and females. In dioecious species, where individuals are either male or female for their entire lifetimes, the allocation decision lies between producing male or female offspring. In sequential hermaphrodites, where individuals function as one sex early in life and then switch to the other, the allocation decisions lie in what sex to be first and when to change sex. Animals may be dioecious or sequential hermaphrodites. Sex allocation theory also applies to flowering plants, which can be dioecious, simultaneous hermaphrodites, have unisexual plants and hermaphroditic plants in the same population, have unisexual flowers and hermaphroditic flowers on the same plant or to have only hermaphroditic flowers.
Принцип Фишера и равное распределение полов
Р. А. Фишер разработал объяснение, известное как принцип Фишера, почему соотношение полов у многих животных составляет 1:1. Если бы в популяции было в 10 раз больше женщин, чем мужчин, то самцы в среднем могли бы спариваться с большим количеством партнеров, чем самки. Родители, которые предпочтительно инвестировали в производство мужского потомства, имели бы преимущество в отношении тех, кто предпочтительно производил женщин. Эта стратегия приведет к увеличению числа мужчин в популяции, тем самым устраняя первоначальное преимущество мужчин. То же самое произойдет, если в популяции изначально было больше мужчин, чем женщин. Эволюционно стабильная стратегия (ЭСС) в этом случае заключается в том, чтобы родители производили соотношение 1:1 самцов и самок. Это объяснение предполагает, что для родителей рождение самцов и самок стоит одинаково дорого. Однако, если один пол дороже другого, родители распределяют свои ресурсы между детьми по-разному. Если родители могли бы иметь двух дочерей за ту же стоимость, что и одного мальчика, потому что мальчики затрачивают на воспитание вдвое больше энергии, родители предпочли бы вкладывать деньги в дочерей. Женщин будет увеличиваться в популяции, пока соотношение полов не составит 2 самки: 1 самец, что означает, что самец может иметь в два раза больше потомства, чем самка. В результате, самцы будут в два раза дороже, но при этом произведут в два раза больше потомства, так что самцы и самки обеспечат одинаковую долю потомства пропорционально инвестиции, выделенной родителем, в результате чего будет создана ЭСС. Поэтому родители в равной степени уделяют внимание обоим полам. Более обще, ожидаемое соотношение полов - это соотношение распределенных инвестиций между полами, и иногда называется фишерским соотношением полов. Однако существует много примеров организмов, которые не демонстрируют ожидаемое соотношение 1:1 или эквивалентное соотношение инвестиций. Идея о равной распределении не может объяснить эти ожидаемые соотношения, потому что предполагает, что родственники не взаимодействуют друг с другом, и что окружающая среда не оказывает никакого влияния.
Взаимодействие между родственниками
В. Д. Гамильтон предположил, что нефишерские соотношения полов могут возникать, когда родственники взаимодействуют друг с другом. Он утверждал, что если родственники испытывают конкуренцию за ресурсы или получают выгоду от присутствия других родственников, тогда соотношение полов становится искаженным. Это привело к большому количеству исследований о том, приводит ли конкуренция или сотрудничество между родственниками к дифференциальным соотношениям полов, которые не поддерживают принцип Фишера.
Конкуренция за местные ресурсы
Конкуренция за местные ресурсы (LRC) была впервые выдвинута Анн Кларк. Она утверждала, что африканский кустарник (Otolemur crassicaudatus) продемонстрировал предвзятое соотношение полов мужчин, потому что дочери общались с матерями в течение более длительного периода времени, чем сыновья. Поскольку сыновья рассеиваются дальше от матери, чем дочери, они не остаются на территориях и не конкурируют с матерями за ресурсы. У птиц-пассирин в основном рассеивается дочь, в то время как у уток и гусей в основном рассеивается самца. Предполагается, что местная конкуренция за ресурсы является причиной того, что птицы-пассирины чаще бывают самками, в то время как у уток и гусей чаще бывают самцы. Другие исследования выдвинули гипотезу, что LRC, вероятно, влияет на соотношение полов у оленей, а также у приматов. В соответствии с этими гипотезами, соотношение полов у оленей и нескольких приматов было искажено в сторону пола, который не конкурирует с матерями. В таком случае матери предпочтительно корректируют соотношение полов, чтобы быть женскими, так как для оплодотворения всех самок требуется всего несколько самцов. У видов с безкрылыми самцами, которые могут спариваться только с сестрами, прогнозировалось более высокое соотношение женского пола, в то время как у видов с крылатыми самцами, которые могут путешествовать к другим инжирам, чтобы оплодотворить несвязанных самцов, прогнозировалось меньшее соотношение полов. и муравьев, потому что они часто сталкиваются с сильными LMC. Другие животные, которые часто рассеиваются из родовых групп, гораздо реже страдают от ЛМК.
Улучшение местных ресурсов
Улучшение местных ресурсов (LRE) происходит, когда родственники помогают друг другу, а не конкурируют друг с другом в LRC или LMC. В кооперативных селекционерах матерям помогают их предыдущие потомки в воспитании новых потомков. У животных с такими системами, самки предпочтительно имеют потомство, которое является помощником пола, если нет достаточно помощников. Однако, если уже есть достаточно помощников, предполагается, что самки будут инвестировать в потомство другого пола, поскольку это позволит им увеличить свою собственную пригодность, имея рассеянное потомство с более высокой скоростью размножения, чем помощники. Также предсказывается, что сила отбора матерей, чтобы регулировать соотношение полов их потомства, зависит от величины выгоды, которую они получают от своих помощников. Эти предсказания оказались верными в случае африканских диких собак, где самки рассеиваются быстрее, чем самцы из своих родовых статей. Поэтому самцы более полезны для своих матерей, так как они остаются в одной стае с ней и помогают обеспечить едой ее и ее новорожденных. Предполагается, что LRE, предоставляемый самцами, приводит к мужскому предвзятому соотношению полов, что является закономерностью, наблюдаемой в природе. Согласно прогнозам о влиянии LRE на соотношение полов, было замечено, что матки африканских диких собак, живущие в небольших стаях, имеют больше мужских предвзятых соотношений полов, чем матери в больших стаях, поскольку у них было меньше помощников и они получили бы больше пользы от дополнительных помощников, чем матери, живущие в больших стаях. (Acrocephalus sechellensis) и различных приматов. Хотя люди могут сознательно не решать, иметь меньше или больше потомства одного пола, их модель предполагает, что люди могут быть выбраны для корректировки полового соотношения потомства, произведенного на основе их способности инвестировать в потомство, если прибыль от физической подготовленности для мужского и женского потомства отличается на основе этих условий.
Доступность пищи
Для многих видов обилие пищи в определенной среде обитания диктует уровень родительского ухода и инвестиций в потомство. Это, в свою очередь, влияет на развитие и жизнеспособность потомства. Если наличие пищи оказывает различное влияние на пригодность потомства мужского и женского пола, то при отборе следует изменить соотношение полов потомства на основе конкретных условий наличия пищи. Appleby (1997) предложил доказательства условного распределения полов в исследовании, проведенном на голубых совах (Strix aluco). Это связано с гипотезой Фишера о "сексуальном сыне", которая предполагает причинно-следственную связь между привлекательностью мужчин и качеством сыновей, основанную на наследовании "хороших генов", которые должны улучшить репродуктивный успех сыновей. Фосетт (2007) предсказал, что для женщин адаптивно корректировать их соотношение полов, чтобы благоприятствовать сыновьям в ответ на привлекательных мужчин. Основываясь на компьютерной модели, он предложил, что если половой отбор благоприятствует дорогостоящим мужским чертам, то есть орнаментированию и дорогостоящим женским предпочтениям, самки должны производить больше мужского потомства, когда они спариваются с привлекательным самцом по сравнению с непривлекательным самцом. Например, у синих рыбок самые крупные самцы успешнее в 40 раз, чем меньшие. Поэтому, когда особи стареют, они могут максимально улучшить свой успех в спаривании, превращаясь из самки в самца. Удаление крупнейших самцов на рифе приводит к тому, что крупнейшие самки меняют пол на мужской, поддерживая гипотезу о том, что конкуренция за успешное спаривание приводит к смене пола.
Половое распределение растений
Большое количество исследований было сосредоточено на распределении полов у растений, чтобы предсказать, когда растения будут двуяйственными, одновременными гермафродитами или продемонстрировать оба в одной популяции или растении. Исследования также изучили, как наружное скрещивание, которое происходит, когда отдельные растения могут оплодотворять и оплодотворяться другими индивидуумами или самостоятельно (самоопыление), влияет на распределение полов. Предполагается, что самоудовлетворение одновременным гермафродитами способствует выделению меньшего количества ресурсов мужской функции, поскольку предполагается, что для гермафродитов более выгодно инвестировать в женские функции, если у них достаточно мужчин, чтобы оплодотворить себя. Согласно этой гипотезе, по мере увеличения себестоимости дикого риса (Oryza perennis) растения выделяют больше ресурсов женской функции, чем мужской. Модель предсказала, что диоэзия развивается, если инвестирование в одну сексуальную функцию имеет ускоряющие преимущества фитнеса, чем инвестирование в обе сексуальные функции, в то время как гермафродитизм развивается, если инвестирование в одну сексуальную функцию имеет все более низкие преимущества фитнеса. и необходимы дальнейшие эмпирические исследования для поддержки этой модели.
Механизмы принятия решений о распределении полов
В зависимости от механизма определения пола для вида, решения о распределении пола могут быть приняты различными способами. У гаплодиплоидных видов, таких как пчелы и осы, самки контролируют пол потомства, решая, оплодотворить ли каждую яйцеклетку или нет. Если она оплодотворит яйцо, оно станет диплоидным и вырастет в самку. Если она не оплодотворит яйцо, оно останется гаплоидным и вырастет мужчиной. В ходе элегантного эксперимента исследователи показали, что самки паразитоидных ос N. vitripennis изменяют половое соотношение у своих потомков в ответ на сигналы окружающей среды, которые дают яйца, откладываемые другими самками. Исторически многие теоретики утверждали, что менделевская природа хромосомного определения пола ограничивает возможности родительского контроля над половым соотношением потомства. Однако адаптивная коррекция соотношения полов была обнаружена у многих животных, включая приматов. Точный механизм такого распределения неизвестен, но несколько исследований показывают, что гормональный, пре-овуляторный контроль может быть ответственным. Например, более высокий уровень фолликулярного тестостерона у матерей, означающий материнское доминирование, коррелирует с более высоким шансом формирования мужского эмбриона у коров. У видов, которые имеют определение пола в окружающей среде, таких как черепахи и крокодилы, пол потомства определяется такими особенностями окружающей среды, как температура и длина дня. Направление смещения различается в зависимости от вида. Например, у черепах с ЭСД самцы вырабатываются при более низких температурах, но у многих аллигаторов самцы вырабатываются при более высоких температурах.