Zum ersten Mal war es möglich, den Effekt der Selektion in der natürlichen Population von Insekten zu verfolgen • Alexander Markov • Wissenschaftsnachrichten zu den "Elementen" • Entomologie, Evolution

Zum ersten Mal konnte der Selektionseffekt in der natürlichen Insektenpopulation nachgewiesen werden

Feld-Kricket-Mann Gryllus campestris singt, mit dem rechten Flügel als Geige und der linken als Bogen. Foto von www.orchis.webzdarma.cz

Britische Biologen waren die ersten, die im Detail nachwiesen, wie die natürliche und sexuelle Selektion in der natürlichen Insektenpopulation (Feldgrillen) funktioniert. Bislang waren solche Studien technisch nicht praktikabel. Die Studie bestätigte eine Reihe von klassischen Theorien, aber einige Ergebnisse waren unerwartet. Zu den "Überraschungen" gehören eine positive Beziehung zwischen der Anzahl der Sexualpartner und überlebenden Kindern bei Frauen sowie eine unerwartet große Anzahl von Weibchen, die keine Nachkommen hinterlassen.

Die Wirkung der natürlichen und geschlechtlichen Selektion unter natürlichen Bedingungen wurde bisher fast ausschließlich an Wirbeltieren untersucht (siehe: Experimentelle Untersuchung der natürlichen Selektion in der Natur: Für Inselechsen ist der Wettbewerb wichtiger als Räuber, Elements, 21.05.2010). Insekten sind in vielerlei Hinsicht bequemere und wertvollere Objekte für die Untersuchung mikroevolutionärer Prozesse (schon allein, weil sie sich schneller vermehren). Bisher wurde die Wirkung der Selektion auf Insekten jedoch hauptsächlich im Labor untersucht, wo es unmöglich ist, das gesamte Spektrum von Faktoren, die die Richtung der Selektion in der Natur beeinflussen, exakt nachzubilden.Das Problem ist, dass es technisch äußerst schwierig ist, das Leben einer natürlichen Insektenpopulation im Detail zu verfolgen.

Britischer Biologe Artikel in der neuesten Ausgabe der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft, zeigt, dass diese technischen Schwierigkeiten endlich überwunden sind. Die Autoren berichteten über zwei Jahre Beobachtungen einer kleinen Population von Feldgrillen. Gryllus campestrisLeben auf einer kleinen Wiese in Asturien (Nordspanien). Mit der Aufgabe, die bisher unmöglich schien, fertig zu werden, wurde ihnen geholfen, die Videotechnologie zu entwickeln und die Kosten der DNA-Analyse zu reduzieren. Auf der Wiese wurden 64 Videokameras installiert, die bewegungsempfindlich und im Infrarotbereich schießbar sind. Dies ermöglichte es, Grillen rund um die Uhr für zwei Jahreszeiten zu beobachten.

Im Frühjahr häuten sich die Grillen zum letzten Mal und verwandeln sich von einer Nymphe in ein erwachsenes Insekt. Ein paar Tage später beginnen die Männchen am Eingang ihrer Höhlen zu singen, und die Weibchen gehen auf der Suche nach einem geeigneten Gentleman vom Loch zum Loch. Manchmal gehen auch Männer zu benachbarten Höhlen. Das Treffen von zwei Männchen endet normalerweise in einem Kampf. Die Autoren berechneten die Anzahl der Siege und Verluste bei solchen Zusammenstößen für jedes Männchen, und gemäß den Ergebnissen dieser Beobachtungen wurden die Männchen bedingt in "dominante" und "untergeordnete" unterteilt.Wenn das Weibchen mit dem Lied, dem Aussehen und dem Geruch des Freundes zufrieden ist, kann sie mehrere Stunden oder Tage bei ihm bleiben. Während dieser Zeit paaren sie sich wiederholt. Die Gräber von Grillen sind zu klein, so dass sie sich auf der Straße verstecken und sich paaren, vor wachsamen Videokameras. Dann kann das Weibchen auf die Suche nach dem nächsten Partner gehen. Die Weibchen legen ihre Eier während der Brutzeit einzeln ab. Nymphen (Larven) schlüpfen aus Eiern, die im Sommer schnell wachsen, und der Winter wird in ihren Höhlen überwintert.

Die Autoren beobachteten nur erwachsene Individuen, beginnend mit der letzten Häutung. Alle adulten Grillen wurden einzeln markiert, und jede wurde auf DNA getestet. Dies ermöglichte es, genau zu bestimmen, wer der Vater und die Mutter jeder Grille war, die im zweiten Beobachtungsjahr zur Reife kam.

Die erhaltenen Ergebnisse bestätigten viele theoretische Erwartungen, brachten jedoch viele Überraschungen mit sich.

Bei Grillen wie bei den meisten Tieren liegt das Verhältnis von Männchen und Weibchen in der Population nahe bei 1: 1 (siehe: Warum ist das Geschlechterverhältnis fast immer 1: 1?). Daher ist die durchschnittliche Anzahl der Nachkommen von Männern und Frauen immer gleich (für jede Grille hat nur ein Vater und nur eine Mutter).Aber die Variation in diesem Indikator bei Männern und Frauen sollte anders sein. Eine der fundamentalen Vorhersagen der Theorie der sexuellen Selektion ist, dass die Anzahl der Nachkommen bei den Männchen stärker variieren sollte als bei den Weibchen (weil Spermienzellen "billiger" sind als Eier) und ein Männchen möglicherweise viel mehr Eier befruchtet als ein Weibchen ). Diese Vorhersage wird allgemein bestätigt (siehe Abbildung).

Die Anzahl der Nachkommen, die bis zur Geschlechtsreife überlebt haben (auf der linken Seite) und Männer (auf der rechten Seite). Entlang der horizontalen Achse – die Anzahl der erwachsenen Nachkommen auf vertikal – die Anzahl der Frauen oder Männer, die eine solche Anzahl von Nachkommen hinterlassen haben. Es ist ersichtlich, dass die Variation des Reproduktionserfolgs der Männchen größer ist als die der Weibchen, aber nicht viel. Abb. aus dem Artikel in FrageWissenschaft

Das erfolgreichste Männchen hinterließ 17 erwachsene Nachkommen, das erfolgreichste Weibchen – nur 8. Der Unterschied in der Variabilität des Fortpflanzungserfolgs war jedoch geringer als erwartet werden konnte. Eine weitere Überraschung ist eine große Anzahl von Weibchen, die ihren Nachwuchs nicht bis zur Reife leben ließen.

Vielleicht liegt die Ähnlichkeit zwischen Männchen und Weibchen in Bezug auf die Variabilität des Reproduktionserfolges an der TatsachePolyandrie ist charakteristisch für Grillen (Weibchen paaren sich mit vielen Männchen), was Spermakriege bedeutet (siehe: Gegenseitige Hilfe unter Samenzellen basiert auf Vetternwirtschaft, Elements, 29.01.2010). Um diese Kriege zu gewinnen, muss das Männchen viele Ressourcen in das Ejakulat investieren. Die Weibchen der Grillen kümmern sich nicht um den Nachwuchs – sie hat das Ei gelegt und es vergessen, so dass die Ausgaben von Vater und Mutter für die Produktion eines Nachkommens durchaus vergleichbar sind. Vielleicht war deshalb die Variabilität des reproduktiven Erfolgs bei beiden Geschlechtern ähnlich.

Eine weitere bestätigte Vorhersage ist eine positive Korrelation zwischen dem Fortpflanzungserfolg des Männchens (der Anzahl der Nachkommen) und der Anzahl der Partner, mit denen er sich paaren konnte. Bei Weibchen wurde jedoch genau die gleiche Korrelation gefunden: Es stellte sich heraus, dass je mehr weibliche Sexualpartner, desto mehr sie und die Nachkommen. Dieses Ergebnis gehört zu den unerwarteten. Die Gründe können unterschiedlich sein. Es ist bekannt, dass Cricket-Weibchen, wie viele andere Tiere, das Sperma der Männchen manipulieren können, mit denen sie sich paaren, wobei sie das dominante Sperma oder zum Beispiel die am wenigsten verwandten Männchen bevorzugen.Je mehr Partner, desto größer ist die Auswahl der Spermien, und dadurch wird der Nachwuchs gesünder (siehe: Mütterliche Ausschweifungen kommen dem Nachwuchs zugute, Elements, 9. November 2006). Die Beziehung zwischen der Anzahl der Partner und Nachkommen bei Frauen kann jedoch auch dadurch erklärt werden, dass beide durch die Qualität der weiblichen Gene, ihre Gesundheit und Vitalität bestimmt werden.

Die Studie bestätigte auch, dass große Grillen mehr Nachkommen hinterlassen als kleine (das ist typisch für viele Tiere, siehe: Warum vermeiden Fische ungleiche Ehen, "Elements", 12.06.2009) und die Männchen, die viel singen, sind erfolgreicher als der stille Typ. Letzteres trifft allerdings nur auf kleine Männchen zu, während bei großen die Anzahl der Nachkommen nicht von der Dauer des Singens abhängt. In Laborexperimenten sind Weibchen in der Regel mehr daran interessiert, Männer unabhängig von ihrer Größe aktiv zu singen. Wahrscheinlich wird die Diskrepanz zwischen natürlichen Beobachtungen und Laborbeobachtungen in diesem Fall dadurch erklärt, dass nicht alle für Wildinsekten wesentlichen Umstände im Labor reproduziert werden. Die Verbindung zwischen der Dauer des Singens und dem Fortpflanzungserfolg kleiner Männchen in der Natur ist teilweise darauf zurückzuführen, dass die schwächsten Grillen mit "schlechten Genen" zur Kategorie der kleinen Männchen gehören,Wer hat keine Kraft für Lieder und wer stirbt normalerweise ohne Zeit zu haben, entweder zu singen oder sich mit Frau zu paaren. Unter großen Grillen gibt es praktisch keine so schwachen Individuen. Die fehlende Korrelation zwischen Gesang und Fortpflanzungserfolg bei großen Männchen ist darauf zurückzuführen, dass ein erfolgreicher Rüde nicht viel singen muss, während das verzauberte Weibchen mit ihm im Loch lebt.

In Laborexperimenten können die stärksten ("dominanten") Männchen den Zugang zu Weibchen monopolisieren und dadurch ihren Fortpflanzungserfolg deutlich steigern. In der natürlichen Bevölkerung wurde nichts von dieser Art bemerkt. Im Gegenteil, die "untergeordneten" Männer erwiesen sich sogar als erfolgreicher bei der Verführung ihrer Partner. Dominants paarten sich durchschnittlich mit weniger Frauen. Es ist wahr, sie haben die erwachsenen Nachkommen genauso verlassen wie die schwächeren Männer.

Dies ist die erste und bisher einzige Studie dieser Art, daher ist es nicht notwendig, daraus weitreichende Schlüsse zu ziehen. Niemand weiß, ob die untersuchte Grillenpopulation typisch ist oder vielleicht ist in anderen Populationen alles anders. Die Autoren bemerken, dass die Wiese, auf der sie beobachtet wurden, von anderen Standorten isoliert ist, die für lebende Grillen geeignet sind (umgeben von Straßen und einem Fluss).Grillen fliegen nicht, daher ist ein erhöhtes Maß an eng verwandten Kreuzungen nicht ausgeschlossen. Mit anderen Worten, die identifizierten Merkmale können nicht für alle Populationen von Grillen charakteristisch sein – und zwar nicht für alle Populationen von Insekten im Allgemeinen – sondern beispielsweise nur für kleine isolierte und degenerierte Populationen von Grillen einer bestimmten Art. Dutzende solcher Studien werden benötigt, bevor man zu allgemeinen Verallgemeinerungen und ernsthaften theoretischen Schlussfolgerungen übergehen kann.

Die Hauptsache in diesem Artikel sind keine spezifischen Daten über Grillen, sondern eine klare Demonstration, dass das Unmögliche endlich möglich geworden ist. Mikroevolutionsprozesse in Insektenpopulationen können nun nicht nur im Labor, sondern auch in der Natur direkt beobachtet werden.

Quelle: R. Rodriguez-Muñoz, A. Bretman, J. Slate, C. A. Walling, T. Tregenza. Natürliche und sexuelle Selektion in einer wilden Insektenpopulation // Wissenschaft. 2010. V. 328. P. 1269-1272.

Siehe auch:
1) Videos, die die wichtigsten Ereignisse im Leben der Grillen illustrieren: die letzte Häutung (Austritt eines erwachsenen Insekts aus der Haut der Nymphe), Paarung, Männersingen, Eierlegen, männlicher Kampf, Raubattacken.
2) Experimentelles Studium der natürlichen Selektion in der Natur: Für Inselechsen ist der Wettbewerb wichtiger als die Räuber, "Elements", 21.05.2010.

Alexander Markow


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