Größe Kompromiss: Hörner vs. copulator Organe

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Es begann mit einer Idee, die so alt wie Charles Darwin. Im Jahre 1859 Darwin vermutete in "The Origin of Species", dass die natürliche Selektion, die Konkurrenz zwischen den Individuen innerhalb einer Population ums Überleben, möglicherweise viele Parallelen zu dem Wettbewerb zwischen den wachsenden Organe, wie sie in einem jungen Organismus zu entwickeln – Erfolg einer müsste auf Kosten einer anderen zu kommen.

Ich habe immer durch diese "Ressource Zuweisung Trade-Offs" fasziniert, weil sie viel Informationen darüber erklären, wie ein Organismus Wachstum beeinflusst wie es sich entwickelt. Gibt es ein begrenzter Pool von Ressourcen, um Teile zu bauen, muss einerseits größere Gebäude bedeutet andere Teile kleiner landen. Wenn Entwicklung die Erweiterung eines Teils begünstigt, kann dies nur möglich durch die kompensatorische Reduktion eines anderen sein. So intuitiv, wie dieser Mechanismus scheint, der Beweis dafür war matschig. Bisherige Arbeit zeigte Ressourcenzuordnung auftreten Kompromisse in Laborversuchen und in Populationen, die künstliche Selektion Experimenten unterzogen. Wie üblich und wichtig sind sie in der Natur blieb unklar.

Im Jahr 2000 diese alte Idee zufällig gesellten sich zwei wichtige Beobachtungen, eine aus einem Labor-Experiment, das andere von Feldmessungen. Zu der Zeit arbeitete ich mit einer Art von Käfern in denen Männchen große Hörner, ähnlich wie Antilopen. Aber nur Männer tun es, um die Entwicklung der Hörner in früheren Entwicklungsstadien studieren — die Larve – ich musste irgendwie in der Lage, bestimmen Sie das Geschlecht der Käfer, während sie noch nicht ausgereift waren.

Das Geschlecht der Käfer

Ich fand eine Gruppe von Zellen in den Unterleib von etwa die Hälfte alle Larven, die ich dachte vielleicht geben Anlass zu das männliche copulator Organ. Diese Gruppe von Zellen existiert im weiblichen Geschlecht nicht. Um sicherzugehen, habe ich eine chirurgische Technik um diese Zellen zu zerstören, ohne das Tier sonst zu verletzen, Art, wie ein Dermatologe eine Warze entfernt. Ich wartete dann Larven Erwachsene verwandeln.

Lo "und siehe, alle Tiere, die diese zusätzlichen Zellen hatten wurde Männchen und die Larven, die ich Chirurgie auf Männchen fehlt eine copulator Organ. Aber ich machte auch eine weitere Beobachtung. Männer, die ihre copulator Orgel-Vorläuferzellen chirurgisch entfernt hatte landete deutlich längere Hörner wachsen. Irgendwie, die Entwicklung eines anderen beeinträchtigt das Wachstum von einer Struktur zu verändern – am anderen Ende des Tieres.

Die zweite Beobachtung kamen aus natürlichen Populationen. Mein Käferarten stammt aus Italien, aber hatte vor knapp 50 Jahren in den Osten der Vereinigten Staaten, Eastern Australia und Western Australia eingeführt. Wenn diese isolierten Populationen zu studieren, fand ich, dass sie alle in der relativen Größe der ihre Hörner auseinander hatte. Männer aus den östlichen Vereinigten Staaten wuchs bei weitem die größten Hörner, während Western Australian Männchen die kleinste mit der Bevölkerung wuchs horn Größen dazwischen.

Horn-Länge und weiblich-Zugang

Ich fand gute Erklärungen dafür, warum so viel Horn Größen verändert hatte. Männliche Käfer verwenden ihre Hörner als Waffen gegen Rivalen, so dass sie Zugang zu Weibchen gewinnen können. In Western Australia war jedoch Wettbewerb zwischen Männern so intensiv, dass die meisten Männer waren besser dran nicht kämpfen und stattdessen engagiert im "schleichen" Verhalten, in welchem Fall kürzere Hörner war besser. Im Osten der Vereinigten Staaten, Wettbewerb zwischen Männern war moderat, und die meisten Männer besser von Kämpfer und mit langen, mächtigen Hörner durchgeführt. Daher schien Horn Länge aufgrund von Änderungen in den Verhaltensstörungen Bedingungen der kämpfenden Männer entwickelt haben. Die Frage war, ob das Ende der Geschichte war.

Diese beiden Beobachtungen traf Darwins alte Idee, als Harald Parzer (ein Student in meinem Labor) und ich aufbrach, um festzustellen, ob die Änderungen in Horn-Investitionen, die wir zwischen diesen Populationen beobachtet auch über Änderungen in den Größen von copulator Organen gebracht hatte. Dazu Harald Körpergrößen und die Länge der Hörner und copulator Organe in mehreren hundert Männchen aus dem einheimischen sowie die drei exotischen Populationen gemessen. Wenn beide Strukturen in der Tat irgendwie Kosten einander entwickeln, sie sollten auch entstanden auf Kosten des jeweils anderen in diesen vier Populationen, mit anderen Worten: die Bevölkerung mit den größten Hörnern sollte die kleinste copulator Organe haben und umgekehrt. Das war genau das, was wir gefunden!

Dauerhafte Nachteile

Wir fanden das gleiche Ergebnis, wenn wir unsere Analyse zu verschiedenen Arten anstatt Bevölkerung ausgedehnt. Harald untersucht männlichen Patienten aus 10 verschiedenen Arten, die unterscheiden sich in wieviel ihre Männchen in Hörner zu investieren. Ihre Investition in copulator Organe umgekehrt gespiegelt, dass Investitionen: wie früher die Arten mit den größten Hörner die kleinste copulator Organe hatte und umgekehrt.

Unsere Ergebnisse zeigten, dass solche Kompromisse real sind, haben, die sie in natürlichen Populationen auftreten, die sehr früh nach gerade einmal 50 Jahren der Isolation zwischen Populationen sichtbar sein können, aber das sie seit Millionen von Jahren nach Arten sichtbar bleiben lange voneinander getrennt. Und verbunden, zum ersten Mal den Entwicklungsstörungen Kompromiss zwischen Hörnern und copulator Organe, die Entwicklung neuer Arten.

Es stellt sich heraus, copulator Organe sind eine lustige Struktur. Sie übertragen nicht nur Sperma während der Kopulation; Sie werden auch geglaubt, um irgendwie zu bestimmen, wer mit wem erfolgreich Paaren können.

Bei Insekten Arten vorkommen, zuerst in die Form und Größe ihrer copulator Organe divergieren, und zahlreiche sonst kryptische Arten können nur durch ihre copulator Organe auseinander sein. Wenn Populationen der gleichen Art aus irgendeinem Grund verschieden große copulator Organe entwickeln würde, können diese Populationen anschließend finden es schwer zu kreuzen und schließlich in eigene Art entwickeln.

Unsere Studie liefert Hinweise darauf, das der erste Teil dieses Szenarios scheint in der Natur vorkommen. Wir wollen jetzt wissen, ob der zweite Teil auch stimmt. Sind Osten der Vereinigten Staaten und Western Australia Bevölkerung weniger in der Lage, aufgrund der unterschiedlichen Größen der ihrer männlichen copulator Organe kreuzen? Sind diese Populationen auf dem Weg, eigene Spezies zu werden? Wenn dies der Fall, wenn es in der Tat ist, dass einfach zu Speziation in diese Organismen zu initiieren, wir schließlich möglicherweise erklären, warum Käfer sind die artenreichste Gruppe von Organismen auf dieser Anlage können lebenden Buchhaltung für ein Fünftel aller Arten und ein Viertel aller benannten Tiere.

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Anmerkung der Redaktion: Dieser Forschung wurde unterstützt durch die nationalen
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