Природа не идеальна: фиговые осы пытаются балансировать соотношение полов для выживания, но могут ошибаться
Научные работы часто преподносят эволюционные признаки как совершенные. Но Чарльз Дарвин предупреждал, что эволюция создает причуды и «промахи», отражающие историю вида.
Наше недавнее исследование в Национальном парке Крюгера (ЮАР) подтверждает это. Мы обнаружили, что поведение фиговых ос, долгое время считавшееся эталоном точной адаптации, далеко от идеала.
Ранее исследования фиговых и других паразитоидных ос фокусировались почти исключительно на совершенстве «конструкции». Наша цель — изучить случай, где мы ожидали увидеть «несовершенства» из-за необходимых компромиссов и исторического наследия.
Мы изучали Ceratosolen arabicus — крошечную осу (~2.5 мм), опыляющую сикоморы (фиги). Для простоты назовем их «опылителями».
Годами исследователи восхищались тем, как опылители с почти математической точностью корректируют процент самцов в потомстве, чтобы максимизировать репродуктивный успех.
Но предыдущая работа показала, что когда опылитель делит фигу с осой другого вида, он может ошибочно «скорректировать» соотношение полов, как если бы это была самка его вида.
В нашем эксперименте мы позволили опылителю откладывать яйца в одиночку, вместе с галловой осой (Sycophaga sycomori) или «кукушкой» (Ceratosolen galili). Эти виды также проникают в фиги, чтобы отложить яйца, и могут спровоцировать неверную реакцию.
Мы использовали статистический подход, чтобы определить, насколько хорошо различные гипотезы объясняют вариативность данных. Мы проверяли гипотезы:
- что соотношение полов опылителя не меняется от присутствия другого вида,
- что разные виды по-разному влияют на соотношение полов.
Мы обнаружили, что другие виды ос действительно нарушают точный механизм формирования соотношения полов у опылителей. Опылители теряют до 5% потенциальных внуков, когда делят фигу с галловой осой, и до 12% — с «кукушкой».
Тем не менее, опылители существуют миллионы лет и не вымрут из-за этих потерь.
Учитывая такой «изъян» в казалось бы идеальном признаке, биологи должны ожидать множество «ошибок дизайна» в живой природе, если начать их искать. Мы должны быть открыты этой возможности, чтобы видеть реальность, а не наши ожидания.
Как это работает
В каждой фиге одна или несколько самок-опылителей откладывают все яйца. Их потомство вылупляется и спаривается внутри фиги, то есть братья часто спариваются с сестрами. Это значит, братья конкурируют друг с другом за возможность спаривания. В то же время оплодотворенные самки покидают родную фигу и разлетаются, чтобы начать цикл заново, конкурируя с неродственными самками за новые фиги.
Поэтому одинокая мать должна произвести достаточно сыновей (около 10% от всего потомства), чтобы все её дочери были оплодотворены. Остальное могут составлять дочери.
Осы используют простой трюк для прямого контроля: неоплодотворенные яйца становятся сыновьями, а оплодотворенные — дочерьми.
Когда две матери откладывают яйца в одну фигу, каждая должна произвести больше сыновей (~25%), потому что теперь их сыновья конкурируют с сыновьями другой матери. Но если мать делит фигу с другим видом, эта логика не работает, так как конкуренция за партнеров для её сыновей не меняется. Следовательно, соотношение полов должно остаться как у одинокой матери.
Но этого не происходит.
Матери-опылители используют два простых механизма для корректировки соотношения полов в ответ на присутствие других опылителей, но эти механизмы также запускаются другими видами.
Первый механизм (эффект «сначала самцы»): матери склонны сначала откладывать мужские яйца, а затем постепенно переключаться на женские. Но когда присутствует другой вид (например, «кукушка»), этот паттерн всё равно меняет соотношение полов, потому что второй вид сокращает общее доступное «пространство» в фиге. В результате опылитель откладывает меньше дочерей.
Второй механизм (активная корректировка): когда опылитель обнаруживает другого опылителя, она увеличивает количество сыновей. Но когда присутствует другой вид, она всё равно ведет себя так, как будто конкурирует со своей родственницей, и увеличивает число сыновей.
Поскольку оба механизма продолжают работать неадекватно ситуации, соотношение полов ошибочно смещается. А именно:
- 10% сыновей — когда мать одна,
- 16% — когда с галловой осой,
- 26% — когда с «кукушкой».
Оно должно было остаться на уровне 10%.
Не всё то золото, что блестит
Как гласит пословица на зулу: «Самый красивый инжир обычно полон червей». Корректировка соотношения полов у опылителей преподносилась как яркий пример того, как идеально естественный отбор может оптимизировать биологические системы. Но это упрощение.
В реальности история признака и компромиссы между его различными функциями могут направлять эволюцию к неидеальным решениям. Например, здесь эволюция не «спроектировала» отдельные «решения» для сценариев «со своим видом» и «с чужим видом».
Вместо этого эволюция, кажется, оптимизировала его для средних условий — несовершенного, но работоспособного компромисса. Цена в количестве внуков из-за этого компромисса огромна, потому что в парке Крюгера опылители часто делят фигу с другой особью своего вида, галловой осой или «кукушкой».
Подобные компромиссы, вероятно, обычны в природе. Эволюция склонна не перепроектировать с нуля, а «колдовать» над тем, что уже есть. В результате мы часто получаем решения, которые работают достаточно хорошо, а не идеально.
Так что в следующий раз, восхищаясь чудом природы, помните: история редко бывает о безупречном дизайне. Это история несовершенных компромиссов, сформированных тем, что эволюция могла сделать с имеющимся материалом. И эта история гораздо богаче и реальнее любого голливудского финала.