Женская манипуляция мужчиной: Женская манипуляция расставанием самая распространённая из манипуляций

Ответ самок после спаривания с самцами из шести популяций с разной эволюционной историей (моногамные — синим, полигамные — красным). ( A ) Производство яиц самками (среднее по популяции ± стандартная ошибка, n = 19–20 групп самок на популяцию самцов) в течение первых 5 дней после спаривания. ( B ) Уровни активности самок, измеренные как количество пересечений луча за 12-часовые интервалы в первых трех.Через 5 дней после спаривания (среднее по популяции ± стандартная ошибка, n = 21–24 самки на популяцию самцов). Уровни активности Virgin обозначены желтыми полосами для сравнения. ( C ) Частота повторных спариваний самок (среднее по популяции ± стандартная ошибка, n = 43–48 самок на мужскую популяцию) при размещении с новым самцом из предковой популяции через 16 часов после первого спаривания с самцами из эволюционировавших популяций и наблюдаемых за 4 ч. ( D ) Частота повторных спариваний самок (среднее по популяции ± стандартная ошибка, n = 58–72 самок на мужскую популяцию), когда самок сначала скрещивали с самцами из эволюционировавшей популяции, а затем размещали с четырьмя черными самцами непрерывно от 4 до 48 ч после первой вязки.( E ) Результаты конкуренции сперматозоидов в одном и том же эксперименте (среднее по популяции ± стандартная ошибка, n = 38–64 самки на популяцию самцов), оценивающих потомство всех дважды спарившихся самок. ( F ) Смерть самок в том же эксперименте, через 4 дня после спаривания с самцами (среднее по популяции ± стандартная ошибка, n = 75–79 самок на мужское население).

Затем мы исследовали, индуцирует ли эволюционный режим самцов по-разному постбрачную активность самок. Через несколько часов после спаривания активность D.melanogaster значительно увеличивается, поскольку они уделяют больше времени поиску подходящих мест для откладки яиц, поиску пищи и кормлению. Это изменение вызвано получением SFP (53) и, как ожидается, принесет пользу мужчинам за счет смещения репродуктивных усилий женщин в сторону периода времени, когда доля отцовства наиболее высока. Тем не менее, ранние вложения дорого обойдутся самкам, если они принесут в жертву репродуктивному успеху (54) в рамках экспериментальных режимов. Поэтому мы постоянно отслеживали уровни двигательной активности самок после спаривания, чтобы проверить, проявляют ли самки, спарившиеся с самцами M, другую двигательную активность, чем самки, спарившиеся с самцами P.Как и предполагалось, если гиперактивность, вызванная самцами, обходится самкам дорого, самки, спарившиеся с самцами M, в целом демонстрируют более низкую двигательную активность, чем самки, спарившиеся с самцами P (рис. 1 B , линейная смешанная модель, эволюционный режим: F _{1, 4} = 19,5, P = 0,01, эволюционный режим × время: F _5,20 = 0,6, P = 0,67). Как следствие, у самок, спаривавшихся с самцами М, профили двигательной активности были смещены в сторону девственных самок (рис.1 B , девственницы обозначены желтыми полосами).

Затем мы проверили, были ли самцы M менее эффективны, чем самцы P, в выявлении рефрактерности самок к повторному зачатию. Предотвращение повторного спаривания у женщин является важным компонентом успеха мужчин в посткопулятивной конкуренции и также обеспечивается SFP (14, 15). Однако нежелание повторного спаривания может дорого обойтись самкам, если оно ограничивает их способность пополнять запасы спермы или спариваться с самцами более высокого качества. Индуцирование рефрактерности у женщин не имеет очевидных преимуществ для мужчин при моногамии, и поэтому прогнозируется снижение влияния самцов на рефрактерность, если SFP, ответственные за индукцию рефрактерности, несут физиологические издержки для самок (36).Мы измерили влияние самцов на рефрактерность самок в наших популяциях, сначала спарив самок с самцами из каждой из эволюционировавших популяций, а затем представив самкам нового самца из предковой популяции через 16 часов. Вопреки нашему прогнозу, не было никакой разницы между мужчинами M и P в выявлении рефрактерности самок (рис.1 C , обобщенная линейная смешанная модель, эволюционный режим: χ ² ₁ = 0,2, P = 0,63 ). Проверка этого предсказания дала неоднозначные результаты в других исследованиях. D. ​​melanogaster самцов, эволюционировавших в отсутствие сексуальной конкуренции, иногда подавляли повторное размножение самок в меньшей степени, чем полигамные самцы (55), эффект также наблюдался у D. ​​pseudoobscura (46), но более недавнее исследование не обнаружило разница между D. ​​melanogaster самцов эволюционировали в условиях моногамии и полигамии (45). Некоторые различия между экспериментальными результатами могут быть объяснены различиями в способах измерения показателей повторного размножения самок (например, количество времени, прошедшее между самками, встречающими первого и второго самцов, количество самцов, предоставленных самкам, или количество времени, в течение которого самцы провел с самками).Поскольку процент повторного спаривания был низким в анализе, который мы использовали, а возможность повторного спаривания была ограничена 6-часовым окном утром после первого спаривания, возможно, что наш дизайн мог пропустить мужские эффекты, возникающие раньше или позже после спаривания. (56). Поэтому мы провели дополнительный эксперимент, используя двухмерный период взаимодействия между самцами и самками, который соответствовал временному окну, когда спаривание происходило в ходе экспериментальной эволюции. В этом дизайне мы сначала позволили самцам из эволюционировавших популяций спариваться с самками, несущими рецессивный маркер ebony , а затем разместили этих самок непрерывно с четырьмя конкурентами-самцами ebony .Это позволило нам определить, повторяли ли самки в течение 2-го периода, и если да, то сколько потомков были произведены фокальными самцами. В этом эксперименте процент оставшихся самок был намного выше, но снова не было значительного влияния эволюционного режима самцов на их способность вызывать рефрактерность (обобщенная линейная смешанная модель, эволюционный режим: χ ² ₁ = 0,6, P = 0,45, рис.1 D ). Это говорит о том, что влияние мужчин на невосприимчивость женщин к нашим эволюционным режимам может не дорого обходиться самкам.

Помимо индукции рефрактерности к повторному зачатию, самцы могут также улучшить свою физическую форму, превзойдя других самцов, когда существует конкуренция между сперматозоидами за оплодотворение. Поэтому мы также оценили результаты конкуренции сперматозоидов (защита сперматозоидов, или P1) у всех дважды спарившихся самок в эксперименте по измерению рефрактерности самок. Мы обнаружили, что P-самцы имели почти в три раза больший успех в конкуренции сперматозоидов при первом спаривании по сравнению с M-самцами (рис.1 E , обобщенная линейная смешанная модель, эволюционный режим: χ ² ₁ = 9.8, P = 0,002), эффект не наблюдался в предыдущей экспериментальной эволюции с D. ​​melanogaster , охватившей меньшее количество поколений (45, 57). Это преимущество в конкуренции сперматозоидов имело место, несмотря на тот факт, что повышенная относительная яйцекладка самок, вызванная самцами P, должна приводить к тому, что у этих самок ко времени второго спаривания будет меньше сперматозоидов от самцов P в сперматеке. Самки, скрещенные первыми с самцами P, также страдали более высокой смертностью, чем те, кто спаривался с самцами M, несмотря на короткий промежуток времени (4 дня), в течение которого проводился эксперимент (рис.1 F , обобщенная линейная смешанная модель, χ ² ₁ = 6,7, P = 0,01). Эволюция уменьшения вреда самцов самкам M самцами предполагает, что стоимость спаривания самок дикого типа (35, 58, 59) представляет собой истинную стоимость приспособленности, которая не компенсируется увеличением количества или качества потомства (60) и, следовательно, был выбран против моногамии.

Изменения физиологии и поведения самок после спаривания, подобные наблюдаемым нами, опосредованы и / или совпадают с изменениями в паттернах экспрессии генов, которые различаются на уровне всей мухи (9, 10, 61), репродуктивного тракта (62 ) и головку (11, 63).Из-за центральной роли нервной системы в поведении мы измерили экспрессию генов не только в брюшке, в которой находятся репродуктивные ткани, но и в головах самок как до спаривания, так и через 24 часа после спаривания с самцами M или P. Как и ожидалось, спаривание привело к большему количеству генов, изменяющих экспрессию в брюшной полости [6 206 или 71,7% всех генов при 10% ложном обнаружении (FDR)], чем в голове (1485 или 16,0% всех генов) [см. Наборы данных S1 и S2 для идентичности генов и SI Приложение , рис.S1, для обогащения генной онтологии (GO)]. Интересно, однако, что эволюционный режим самцов больше влиял на экспрессию генов в женской голове, чем в брюшной полости. В брюшной полости только 45 генов реагировали по-разному в зависимости от того, спаривались ли самки с самцами M или P. Напротив, режим отбора самцов оказал значительно большее влияние на экспрессию генов в голове (3,8 по сравнению с 0,5% в брюшной полости, точный критерий Фишера, P <0,0001), при этом 351 ген экспрессируется по-разному (см. Приложение SI ). , Инжир.S1 A , для обогащения GO в брюшной полости и SI Приложение , Рис. S1 B , для обогащения GO в голове).

Учитывая, что спаривание с самцами M индуцировало более слабый ответ в репродуктивной активности самок и двигательной активности, чем спаривание с самцами P, мы предсказали, что самцы M также будут вызывать более слабый ответ на экспрессию женских генов. Чтобы проверить это предсказание, мы исследовали гены, которые по-разному вызывались в зависимости от эволюционного режима самцов и реагировали на спаривание в одном направлении независимо от мужской идентичности (т.е., со значительным основным эффектом спаривания). В брюшной полости 34 из 39 (87,2%) этих генов реагировали менее сильно при спаривании самок с самцами M, значительно больше, чем можно было бы ожидать, если бы изменения вверх и вниз были одинаково вероятными (рис.2 A , биномиальный тест, P <0,0001). Точно так же в голове 87 из 104 (83,7%) этих генов реагировали менее сильно, когда самки спаривались с самцами M (рис.2 B , биномиальный тест, P <0,0001), демонстрируя, что самцы M действительно имели ослабленный эффект на экспрессию гена после спаривания у самок по сравнению с самцами P.

Изменение экспрессии гена через 24 часа после спаривания (log ₂ mated – log ₂ virgin) в брюшной полости самки ( A ) и голове самки ( B ) для генов, отвечающих за спаривание, которые значительно по-разному подвержены влиянию полигамных и моногамных самцов. Помечены гены, кодирующие иммуно-индуцированные пептиды ( A ) и эстеразу ювенильного гормона ( B ). Как в брюшке, так и в голове самок моногамные самцы вызывают более слабый транскрипционный ответ.

Большая разница в мужских воздействиях на экспрессию женских генов в голове, чем в брюшной полости, может быть объяснена тем фактом, что изменения женского поведения регулируются воздействием SFP как на нервную, так и на эндокринную системы. Например, рецепторы полового пептида, который попадает в гемолимфу вскоре после спаривания (64, 65), расположены как в женских половых путях, так и в головном мозге (64, 66), где они необходимы половому пептиду, чтобы вызвать откладывание яиц. Половой пептид увеличивает производство яиц за счет увеличения производства ювенильных гормонов (67) в allatum corpus, эндокринной железе, расположенной в голове.Повышенный титр ювенильного гормона отвечает за увеличение воспроизводства в раннем возрасте, а ювенильный гормон опосредует ключевые компромиссы между воспроизводством, метаболизмом, выживанием и устойчивостью к стрессу (68, 69). Интересно, что дифференциально индуцированным геном с наибольшим изменением в головах самок был эстераза ювенильного гормона ( Jhe ), который отвечает за распад ювенильного гормона и показывает почти в два раза более высокую экспрессию у самок, спаривающихся с самцами P. Таким образом, эстераза ювенильного гормона может служить для ограничения манипулятивного воздействия самцов на репродуктивную функцию самок за счет деградации ювенильного гормона.

Четыре линии доказательств привели нас к гипотезе о том, что различные эффекты, описанные в этом исследовании, могут быть связаны с меньшими инвестициями в SFP со стороны мужчин M, чем мужчин P. Во-первых, в предыдущем исследовании, проведенном ранее в ходе экспериментальной эволюции, мы обнаружили сигнал о сниженной экспрессии генов SFP как группы (хотя отдельные гены SFP не экспрессировались по-разному) у самцов M при изучении экспрессии гена у всей мухи ( 70). Во-вторых, самцы M стимулировали размножение самок в меньшей степени, чем самцы P, в первые 2 дня после спаривания, период, когда половой пептид SFP и овулин более важны, чем присутствие сперматозоидов в возникновении оогенеза и овуляции (15, 19, 20).Половой пептид также отвечает за повышение уровня двигательной активности у спарившихся самок (53), и мы наблюдали более низкие уровни активности у самок, спаривавшихся с самцами М. В-третьих, известно, что SFP модулируют успех конкуренции сперматозоидов (71⇓⇓⇓ – 75), а у мужчин M был более низкий успех конкуренции сперматозоидов. SFP также ответственны за снижение выживаемости самок [хорошо известная «стоимость спаривания» (35, 36)], и самки, спарившиеся с самцами M, выживали лучше, чем самки, спарившиеся с самцами P, что иногда приводит (41), но не всегда. (45, 76), найденные после эволюции в условиях моногамии.Наконец, SFP несут прямую ответственность за активацию иммунной системы, в частности за индукцию экспрессии генов антимикробных пептидов, которая происходит после спаривания (9-13). Эта активация иммунной системы у самок была видна в транскриптоме брюшной полости самок и заметно слабее, когда самки спаривались с самцами M по сравнению с самцами P (рис. 2 A ). Главным кандидатом на различие мужских эффектов в женском животе был Attacin-A (более чем в два раза более высокая экспрессия при спаривании самок с самцами P), ген, кодирующий антимикробный пептид.Ранее было показано, что изменение экспрессии Attacin-A после спаривания регулируется исключительно мужскими SFP (10). Четыре других гена, кодирующих иммуно-индуцированные пептиды ( IM1 , IM2 , IM3 и IM4 ), также по-разному были затронуты, причем самцы P индуцировали на 33–64% более высокую экспрессию этих генов после спаривания, чем самцы M. Как и Attacin-A , два из этих гена ( IM1 и IM2 ) были ранее идентифицированы как отвечающие на спаривание только через действие SFP (10).Вместе эти результаты предполагают роль SFP в дифференциальной реакции самок, спаривающихся с M, по сравнению с P самцами.

Мы исследовали возможность того, что мужчины M вкладывали меньше средств в SFP, чем мужчины P, путем измерения размера добавочной железы, где производится большинство SFP. Предыдущие исследования зрелых взрослых особей показали, что самцов D. pseudoobscura, самцов эволюционировали в условиях моногамии, меньше вкладывались в добавочные железы (77), в то время как самцов D. melanogaster, эволюционировавших при разной интенсивности сексуальной конкуренции, не различались по вложению в добавочные железы (78). .Из-за важности раннего созревания взрослых особей для сексуального успеха самцов D. melanogaster как в целом (79), так и в рамках эволюционных режимов (80), мы выбрали другой подход и оценили рост добавочной железы путем измерения его размер в первые 4 дня после взрыва. Дополнительные железы самцов увеличились более чем в два раза в первые несколько дней (возраст: χ ² ₁ = 686,8, P <0,0001), причем рост замедлялся по мере взросления самцов (возраст ² : χ ² ₁ = 162.2, P <0,0001). Однако не было различий между самцами M и P ни по общему размеру (эволюционный режим: χ ² ₁ = 0,1, P = 0,73), ни по траектории роста (эволюционный режим × возраст: χ ² ₁ = 0,5, P = 0,46; эволюционный режим × возраст ² : χ ² ₁ = 0,8, P = 0,36).

Мы также оценили экспрессию генов в мужском репродуктивном тракте в двух временных точках (48 и 96 часов после взрыва) в течение того же периода раннего созревания взрослых особей.Через 48 часов после эклозии 586 генов по-разному экспрессировались между самцами M и P (см. Набор данных S2 для идентификации генов и SI, приложение , рис. S2, для обогащения GO). Гены SFP были чрезмерно представлены в списке дифференциально экспрессируемых генов; из 132 генов SFP 27 достоверно различались между самцами M и P через 48 часов (рис. 3 B ; 20,5 против 5,5% ожидания, точный тест Фишера P <0,0001). Из 27 генов SFP, которые экспрессировались по-разному, 25 (92.6%) показали более низкую экспрессию у мужчин M (биномиальный тест, P <0,0001). При рассмотрении всех генов SFP, самцы M показали в среднем на 16,6% более низкую экспрессию, чем самцы P. Масштабы этого снижения инвестиций в экспрессию гена SFP у мужчин M (113 из 132 генов SFP демонстрируют номинально более низкую экспрессию) согласуется с идеей о том, что эти гены жестко корегулируются (81), и предполагает, что точная настройка состава эякулят может быть до некоторой степени ограниченным эволюционным путем.Снижение инвестиций в экспрессию гена SFP у самцов M было подтверждено анализами кПЦР для пяти наиболее хорошо охарактеризованных генов SFP ( Acp26Aa , Acp29AB , Acp36DE , Acp62F и SP ) в течение длительного времени. курс, охватывающий первые 5 дней после выхода из строя ( SI Приложение , рис. S3). К 96 часам после эклозии самцы M и P показали сходные профили транскрипции (рис. 3 C ) без значительных различий в экспрессии генов между типами самцов.Таким образом, различия в инвестициях в экспрессию гена SFP между мужчинами из двух эволюционных режимов были видны в момент времени, отмечающий начало периода взаимодействия мужчины и женщины в ходе экспериментальной эволюции, но отсутствовали в конце периода взаимодействия. Относительная незрелость в паттерне экспрессии генов SFP у самцов M согласуется с тем, что было ранее обнаружено при изучении экспрессии генов в головах самцов M (80), и предполагает возможность генерализованного дефицита созревания при отборе в моногамном режиме. .

( A ) Размер добавочной железы в течение первых 4 дней после эклозии у самцов из экспериментально развитых моногамных и полигамных популяций. Точки данных представляют собой среднее (± стандартное отклонение) трех моногамных популяций (синие треугольники) и трех полигамных популяций (красные кружки), а линии указывают на предсказания модели соответствия ( n = 8–16 дополнительных желез на популяцию и возрастную комбинацию). ( B ) Разница в экспрессии отдельных генов белка семенной жидкости между мужчинами из моногамных и полигамных популяций (log ₂ моногамии – log ₂ полигамии) через 48 и 96 часов после эклозии.Столбики ошибок указывают 95% доверительный интервал, а зеленые кружки указывают на гены, которые значительно различаются между моногамией и полигамией при 10% FDR (27 генов через 48 часов, 0 генов через 96 часов).

Мы обнаружили, что самцы M вызывали более слабые реакции после спаривания при воспроизводстве и активности самок, но не вызывали дифференцированной рефрактерности самок. Выявленная нами эволюция различных эффектов спаривания самцов не может быть объяснена различиями в эффективном размере популяции ( N _e ) между эволюционными режимами.Число самцов и самок было одинаковым в популяциях M и P, но при полигамии наблюдалась большая разница в репродуктивном успехе самцов. Таким образом, если в наших экспериментах продуктивность самцов была снижена из-за эффектов инбридинга, этот эффект должен быть больше в P, чем в M популяциях. Кроме того, предыдущая работа, непосредственно оценивающая N _e на основе молекулярных маркеров в экспериментальных популяциях с разной интенсивностью половой конкуренции, не обнаружила различий между моногамными и беспорядочными популяциями (82).Уменьшение воздействия М-самцов на самок могло также возникнуть, если бы вредные вариации были менее эффективно очищены от этих популяций (83, 84), но прошлые работы с этими популяциями не обнаружили доказательств этого (42, 80). Таким образом, наши результаты подтверждают гипотезу о том, что значительная часть мужских воздействий на реакцию женщин после спаривания является пагубной для женщин и / или сказывается на несексуальной пригодности мужчин. В результате способность самцов вызывать постбрачные реакции при воспроизводстве и активности самок уменьшалась в ходе эволюции в условиях моногамии, поскольку репродуктивные интересы самцов и самок совпадали.

Мы также обнаружили признак уменьшения манипуляций самцов в паттернах экспрессии генов спарившихся самок, где самцы M индуцировали более слабые изменения транскрипции. Изменения экспрессии генов после спаривания особенно заметны в женском животе, который содержит репродуктивные ткани, а также регулирующее метаболизм жировое тело. Однако мы неожиданно обнаружили, что история эволюции самцов сильнее влияет на экспрессию генов в голове спарившейся самки, чем в брюшной полости. Это говорит о том, что вместо того, чтобы воздействовать непосредственно на женскую физиологию, манипуляции со стороны мужчин, вызванные сексуальным конфликтом, нацелены на женскую центральную нервную систему, чтобы повлиять на женское поведение.Наконец, самцы M показали снижение вложений в экспрессию многих генов, кодирующих белки семенной жидкости. Это касается продолжающегося спора о функции SFPs (31), поддерживая идею, что эти белки служат мужским оружием в совместной эволюции мужчин и женщин, подпитываемой сексуальным конфликтом.

Материалы и методы

Популяции мух и экспериментальная эволюция дизайна.

Шесть экспериментальных популяций, каждая с численностью переписи 100 мужчин и 100 женщин, были созданы из популяции Ives (IV) из D.melanogaster (85) в 2007 году после обработки мутагенезом, которая увеличила генетическую изменчивость и впоследствии поддерживалась либо при рандомизированной моногамии (популяции M1, M2 и M3), либо при полигамии (популяции P1, P2 и P3) (42). В каждом поколении самцов и самок из моногамных популяций случайным образом объединяли в пары во флаконах и позволяли взаимодействовать в течение 2 дней. В полигамных популяциях группы из пяти мужчин и пяти женщин помещали вместе во флаконы и позволяли взаимодействовать в течение 2 дней. После этих 2 дней самцов из всех популяций выбрасывали, а самок помещали в новые бутыли группами по 50 на 3 дня откладки яиц, после чего самок также выбрасывали.Девственницы, собранные из этих бутылок, затем были использованы для создания следующего поколения. Популяции прошли от 168 до 196 поколений экспериментальной эволюции, когда были получены показатели, собранные в этом исследовании. Измерениям предшествовало одно поколение, в котором все популяции выращивались одинаково для контроля любых родительских эффектов, за исключением измерений размера добавочной железы самцов и транскриптомов репродуктивного тракта, которым предшествовали четыре поколения контролируемого выращивания.В ходе экспериментальной эволюции и обычного выращивания в саду перед всеми анализами мух выращивали и содержали либо на 2% дрожжевой среде [вода, агар, пивные дрожжи, кукурузная мука, сахароза, пропионовая кислота и нипагин (Sigma-Aldrich)], либо на после переезда в новую лабораторию — более богатая среда для дрожжей на 6%, которая заменила сахарозу фруктовым соком. Мух содержали при 25 ° C с циклом 12 ч: 12 ч свет: темнота.

Стандартизированные самки, использованные в экспериментах по откладке яиц, активности, повторному спариванию и экспрессии генов, были из базовой популяции IV, которая поддерживается на нескольких тысячах особей со смешанными мухами и перемещена в новую среду по 14-дневному графику.Для посткопулятивных экспериментов по конкуренции между самцами, девственные эбенового дерева, самок и мужчин-конкурентов были получены из популяции IVe, которая происходит из популяции IV и поддерживается тем же способом, что и популяция IV. Рецессивный фенотип темной окраски тела позволил потомству конкурентов ebony легко отличить от потомков очаговых самцов, имеющих внешность дикого типа.

Откладывание яиц самками, уровни активности и рефрактерность к откладыванию.

Для измерения скорости откладки яиц самок, спарившихся с самцами с разным эволюционным прошлым, девственные самцы из шести популяций и девственные стандартные самки из базовой популяции IV были собраны и содержались в однополых группах по ~ 20 особей.В возрасте 2 дней группы из 10 самок были помещены с 20 самцами из каждой из эволюционировавших популяций при включении света на 2 часа, чтобы позволить спариваться. После 2-часового периода массового спаривания самцов удаляли, самок собирали и помещали в новые флаконы группами по три человека и позволяли откладывать яйца до конца светового цикла. Затем самок перемещали в пробирки на ночь перед тем, как поместить в новые пробирки при включении света на следующий день откладки яиц. Это повторяли в течение 5 дней, и каждый день подсчитывали количество яиц, отложенных каждой группой.Все группы, в которых во время эксперимента умерла самка, были отброшены. Суточный подсчет яиц был смоделирован как переменная ответа в линейной смешанной модели (LMM) с эволюционным режимом самцов и днем ​​откладки яиц, а также взаимодействием как фиксированные эффекты и репликация популяции как случайный эффект с использованием lme4 (86) в R (87). Мы также подбираем линейную модель с относительной кладкой яиц (самки, спаривающиеся с полигамными самцами / самки, спаривающиеся с моногамными самцами) в качестве переменной ответа и дня в качестве непрерывного предиктора, чтобы проверить, уменьшилась или увеличилась величина относительной разницы линейно в течение 5 дней. .Значимость оценивалась с помощью тестов F .

Для измерения уровня активности самцов из эволюционировавших популяций и самок с внутривенным введением собирали, выдерживали и спаривали таким же образом, как описано выше. Мы включили девственных самок, чтобы оценить общее направление и величину изменений активности после спаривания. После 2-часового периода спаривания мух на короткое время анестезировали CO ₂ , самцов удаляли, а самок помещали по отдельности в 5-миллиметровые стеклянные пробирки с простой средой (2% агар, 5% сахароза), закрытые небольшими пробирками. кусок пряжи.Эти пробирки помещали в мониторы активности DAM2 Drosophila (Trikinetics Inc.), которые обнаруживают движение вдоль стеклянной пробирки путем подсчета разрыва инфракрасного луча. Были проанализированы общие перерывы пучка на животное для каждого 12-часового интервала времени свет: темнота. Чтобы мухи могли оправиться от анестезии, первые 6 часов записи были отброшены, поэтому данные начинаются в течение первого ночного периода после утреннего спаривания и охватывают три ночи и 3 дня. Данные о мухах, погибших во время периода измерения или в следующий день, были отброшены.Активность моделировалась с эволюционным режимом самцов и временем в 12-часовых ячейках, а также взаимодействием как фиксированными эффектами и репликацией популяции как случайным эффектом с использованием lme4 (86) в R (87). Значимость оценивалась с помощью тестов F .

Чтобы измерить готовность женщин к повторному спариванию, эволюционировавших самцов вместе с IV самками-конкурентами и самками-IV собирали как девственниц и держали в однополых группах в течение 4 дней. Затем отдельные самцы из эволюционировавших популяций были помещены во флаконы вместе с одной девственной самкой IV, разделенной картонной перегородкой.На следующий день перегородки были удалены, и мухам дали возможность взаимодействовать и спариваться в течение 1 часа. После спаривания самцов удаляли из пробирок и заменяли новыми самцами из популяции IV с картонным разделителем, снова разделяющим двух мух. На следующее утро, через 16 часов после начала первого сеанса спаривания, разделители удаляли и регистрировали, была ли самка повторна в течение следующих 6 часов. Эксперимент проводился через 4 дня в сбалансированных блоках. Готовность женщин к повторному рождению моделировалась с эволюционным режимом мужчин как фиксированным эффектом и репликацией популяции как случайным эффектом с биномиальным распределением ошибок и функцией логит-связи с использованием lme4 (86) в R (87).Самки, не спарившиеся с первым самцом, исключались из анализа.

Посткопуляционная конкуренция среди мужчин и вред для женщин.

Дополнительный показатель скорости повторного спаривания самок, наряду с результатами конкуренции сперматозоидов и вреда самцов самкам, был измерен вместе с планом, согласованным со временем спаривания и продуктивностью яиц в экспериментальных режимах эволюции. Самцов из эволюционировавших популяций и стандартного эбенового дерева самок и самцов собирали как девственницы и держали в однополых группах по ~ 20 человек в течение 2 дней.Затем самок по отдельности поместили с самцом из одной из эволюционировавших популяций, чтобы позволить спариваться. Через 4 часа самцов выбрасывали, а самок помещали по отдельности в новые флаконы вместе с четырьмя черными самцами. Самки оставались с этими самцами еще 44 часа (т.е. до тех пор, пока не прошло 2 полных дня с момента первой встречи с самцами, что соответствует продолжительности периода взаимодействия в ходе экспериментальной эволюции). На этом этапе самцов удаляли, а самок снова помещали по отдельности в новые флаконы на 2 дня кладки яиц.Самка повторно родила, если она произвела по крайней мере одно потомство дикого типа (от развитого самца, с которым она впервые столкнулась) и по крайней мере одно потомство ebony (от одного из четырех самцов ebony ) и не родила, если она дает только потомство дикого типа. Защиту сперматозоидов (P1) оценивали, исследуя у реорганизированных самок долю потомства в последнем флаконе, которое было диким типом по внешнему виду. Смерть женщин также была зарегистрирована в конце эксперимента, что позволило оценить нанесенный самками вред, нанесенный самками.Результаты оценки предельного уровня, смертности и конкуренции сперматозоидов были смоделированы с помощью обобщенных линейных смешанных моделей. Эволюционный режим самцов был включен как фиксированный эффект, а репликация популяции как случайный эффект с биномиальным распределением ошибок и функцией логит-связи в lme4 (86) в R (87). Для конкуренции сперматозоидов для каждой самки был включен дополнительный случайный эффект, чтобы учесть ковариацию между несколькими потомками в выводке одной самки. Значимость оценивалась с помощью тестов отношения правдоподобия.

Транскриптомный ответ самок на спаривание с развитыми самцами.

Мы измерили профили экспрессии генов у самок со стандартной IV как девственниц, так и через 24 часа после спаривания с самцами из каждой из трех моногамных и трех полигамных популяций. Самцов из эволюционировавших популяций и стандартных самок сначала собирали девственниками и держали в однополых группах по ~ 20 особей в течение 2 дней. Вскоре после включения самок индивидуально спаривали с самцами из всех эволюционировавших популяций и наблюдали в течение 2 часов.После того, как совокупление происходило во флаконе, самцов выбрасывали, а вновь спарившихся самок помещали в удерживающий флакон. Все флаконы, в которых совокупление не происходило через 2 часа, были выброшены. Для первичных образцов самок перемещали между флаконами аналогичным образом, за исключением отсутствия самца. На следующее утро всех самок заморозили в жидком азоте. Для каждой обработки пулы из 20 брюшков и 20 голов вскрывали и переносили при -80 ° C до экстракции РНК. В конце этого процесса было всего 18 образцов (один образец после спаривания с самцами из каждой из шести эволюционировавших популяций и три девственных образца соответствующего возраста для каждой ткани).Для получения подробной информации о последующем выделении РНК, подготовке библиотеки, секвенировании, проверке качества, картировании и подсчете считываний см. Приложение SI, приложение . Данные о последовательностях доступны в NCBI GEO под номером доступа. GSE128404 (88). Анализы наборов данных живота и головы проводились отдельно. Гены с менее чем одним числом на миллион в более чем 2/3 библиотек были удалены перед дальнейшим анализом; этот фильтр был направлен на сохранение генов, которые вообще не экспрессируются в одном состоянии (например, в исходном состоянии), но экспрессируются в оставшихся образцах и поэтому представляет биологический интерес.Это оставило 8 661 ген в наборе данных брюшной полости и 9 293 гена в наборе данных головы. Коэффициенты нормализации рассчитывались с помощью метода усеченного среднего M-значений нормализации (TMM) (89), а веса для конкретных наблюдений и выборки использовались с функцией voomWithQualityWeights в пакете limma (90–92). Функция duplicateCorrelation (93) из пакета limma смоделировала повторяющиеся измерения на уровне образца, поскольку каждый образец секвенировался в двух независимых прогонах.Мы подбираем линейные модели на уровне генов с основным эффектом лечения (три уровня: девственница, вязка с моногамным мужчиной или вязка с полигамным мужчиной). Затем мы провели два сопоставления в рамках этой схемы: девственница и спарившаяся, чтобы проверить значительный общий эффект спаривания, и спаривание с полигамным самцом-девственницей по сравнению с спариванием с моногамным самцом-девственницей, чтобы идентифицировать гены, по-разному реагирующие на спаривание в зависимости от самца. эволюционная история. Для обоих контрастов мы сообщаем о генах, обнаруженных с 10% FDR (94).Мы использовали анализ обогащения набора генов в пакете R tmod (95) для проверки обогащения всех терминов GO «биологического процесса» в абсолютном журнале _{2 списков, отсортированных по} раз.

Размер дополнительного сальника.

Для отслеживания развития дополнительных желез в течение первых 96 часов после эклозии девственные самцы из всех шести экспериментальных популяций были собраны в течение 2 часов после эклозии и выдержаны в течение 15, 24, 48, 72 и 96 часов в пробирках с 20 самцами. каждый. Затем самцов быстро замораживали и хранили при -80 ° C до вскрытия.Добавочные железы (8–16) и крылья на популяцию и возрастную комбинацию затем были вскрыты и измерены с помощью ImageJ (96), как описано в Ruhmann et al. (79). Образцы для двух популяций (M2 и P2) в один момент времени после эклозии (72 часа) были потеряны из-за технической проблемы. Размер добавочной железы моделировался с учетом режима эволюции самцов, возраста, возраста ² (для моделирования замедления роста по мере взросления мух) и всех двусторонних взаимодействий как фиксированных эффектов и репликации популяции как случайного эффекта с использованием распределения гамма-ошибок и логарифмической связи. функция с lme4 (86) в R (87).Натуральный логарифм размера крыла, измеренный как длина жилки L3, был включен в качестве ковариаты для контроля различий в общем размере между самцами. Значимость оценивалась с помощью тестов отношения правдоподобия.

Экспрессия генов в развитых мужских репродуктивных трактах.

Девственные самцы из всех шести экспериментальных эволюционных популяций были собраны и выдержаны в течение 48 и 96 часов, как описано выше. Затем самцов охлаждали на льду, а репродуктивные пути (добавочные железы, семенники и семявыбрасывающий проток) иссекали в PBS.Тридцать репродуктивных трактов объединяли для каждой популяции и каждой временной точки, быстро замораживали в жидком азоте и переносили при -80 ° C до экстракции РНК. Для получения подробной информации о последующем выделении РНК, подготовке библиотеки, секвенировании, проверке качества, картировании и подсчете считываний см. Приложение SI, приложение . Данные о последовательностях доступны в NCBI GEO под номером доступа. GSE128404 (88). Гены с менее чем одним числом на миллион в любой из библиотек были удалены перед дальнейшим анализом, в результате чего в окончательном наборе данных осталось 10738 генов.Коэффициенты нормализации рассчитывались с помощью метода TMM (89), а веса для наблюдений и выборки использовались с функцией voomWithQualityWeights в пакете limma (90⇓ – 92). Функция duplicateCorrelation (93) из пакета limma смоделировала повторяющиеся измерения на уровне популяции, поскольку каждая популяция измерялась в двух временных точках. Мы подбираем линейные модели на уровне генов, проверяя основные эффекты эволюционного режима и возраста, а также их взаимодействие на экспрессию генов.В рамках этой модели мы также противопоставили моногамный и полигамный эволюционные режимы в каждом возрасте. Мы сообщаем о генах, обнаруженных с 10% FDR (94). Чтобы проверить обогащение или истощение генов SFP, мы использовали точные тесты Фишера со списком SFP, переданных при спаривании, от Findlay et al. (97). Сто тридцать два из 142 генов SFP присутствовали в нашем наборе данных. Мы использовали анализ обогащения набора генов в пакете R tmod (95) для проверки обогащения всех терминов GO биологического процесса в абсолютном журнале _{2 списков, отсортированных по} раз.

Чтобы получить более подробное представление о динамике экспрессии гена SFP в созревающих добавочных железах и подтвердить обнаруженные различия в экспрессии генов, мы продолжили наш подход, основанный на полном транскриптоме, с целевым подходом кПЦР. Самцов собирали и выдерживали, репродуктивные тракты вскрывали и образцы замораживали, как и раньше, за исключением того, что в этом эксперименте оценивали пять возрастов (24, 48, 72, 96 и 120 часов). Мы провели qPCR для пяти генов SFP ( Acp26Aa , Acp29AB , Acp36DE , SP и Acp62F , SI Приложение , рис.S3) и четыре референсных гена ( Ef1α48D , RpL13A , αTub84B и Act42A ). Дополнительные сведения о подготовке образцов, количественной ПЦР и расчетах относительной экспрессии генов см. В приложении SI . Относительную экспрессию генов анализировали в R (87) с использованием линейных смешанных моделей, реализованных с помощью пакета lme4 (86). Log ₂ -преобразованные относительные значения экспрессии были проанализированы с эволюционным режимом, возрастом (рассматривавшимся как категориальный, потому что динамика экспрессии была нелинейной), и их взаимодействие как фиксированные эффекты и повторная популяция включалась как случайный эффект.Мы сравнили полигамный и моногамный эволюционные режимы в каждом возрастном классе и сообщаем о сравнениях, как номинально значимых ( P, <0,05), так и значимых после поправки Бонферрони ( P <0,01).

Манипулирование репутацией в конкурентной борьбе: женщины стратегически передают социальную информацию о романтических соперниках

Основные моменты

•

Женщины передают однополые романтики стратегическая социальная информация конкурентов.

•

Женщины вредят репутации привлекательных, кокетливых и вызывающе одетых женщин.

•

Соревновательные женщины передают больше информации о других женщинах, наносящей ущерб репутации.

•

Женщины портят репутацию соперников, но не сообщают о том, что им не нравится.

Abstract

Исследователи предположили, что женщины соревнуются со сверстниками того же пола, используя непрямые социальные тактики.Однако конкретные предикторы и механизмы этой формы женской внутриполовой конкуренции менее изучены. Мы предполагаем, что одним из механизмов, с помощью которого женщины наносят ущерб социальным возможностям соперников, является выборочная передача социальной информации, имеющей значение для репутации. Более того, мы утверждаем, что такое поведение призвано подорвать романтическую и социальную привлекательность однополых романтических соперников, которые воспринимаются как угрожающие. Данные пяти исследований показывают, что распространение женщинами социальной информации является стратегическим и надежно предсказуемым по различным признакам угрозы романтического соперничества: попыткам браконьерства (исследование 1), физической привлекательности (исследования 2 и 3) и провокационной одежде (исследования 4 и 5). ).Женщины нанесли стратегический вред и не смогли улучшить репутацию других женщин, которые прямо угрожали их романтическим перспективам (флиртуя со своими романтическими партнерами) и косвенно (будучи привлекательными или вызывающе одетыми). Уровни конкурентоспособности женщин также предсказывали их передачу информации: женщины с высокой конкуренцией (как в целом, так и в романтических сферах в частности) раскрывали больше информации, наносящей ущерб репутации, чем женщины с менее конкурентоспособной конкуренцией. Более того, женщины передавали наносящую ущерб репутации информацию о женских объектах, независимо от того, насколько им явно нравились эти объекты, что свидетельствует о несоответствии между женскими намерениями и их поведением в сплетнях.Независимо от намерений сплетников, экспериментальные данные подтвердили, что социальный вред, скорее всего, постигнет женщин, ставших объектами передачи социальной информации, наносящей ущерб репутации.

Ключевые слова

Сплетни

Внутрисексуальная конкуренция

Косвенная агрессия

Конкурентоспособность

Репутация

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Опубликованные Elsevier Inc. и женские манипуляции: ответ на комментарии к Пакету и Смисету | Поведенческая экология

Мы очень благодарны за комментарии, полученные к нашему обзору, и пользуемся возможностью ответить на некоторые комментарии и критические замечания, высказанные в комментариях.

Килнер (2016) выделяет 2 важных момента: 1) разрешение сексуального конфликта может варьироваться от пары к паре из-за различий в конкретных или местных обстоятельствах и 2) для демонстрации сексуального конфликта важно продемонстрировать, что любой Польза фитнеса для самок и / или потомства достигается за счет фитнеса для мужчин. Между тем, Саммерс (2016) подчеркивает 2 дополнительных момента: 1) необходимость расширить эмпирическую работу на неавианские таксоны, включая ядовитых лягушек, и 2) роль материнских эффектов как механизма манипулирования заботой о самцах может распространяться на виды, заботящиеся о самцах, не являющихся родителями. .

Ройл (2016) согласен с общей предпосылкой нашего обзора о том, что материнские эффекты могут играть важную роль в разрешении сексуального конфликта по сравнению с родительской заботой, но сомневается в том, что мы сосредотачиваемся на наиболее вероятных кандидатах. Ройл утверждает, что размер кладки — это более вероятная материнская черта, которую женщины могут использовать, чтобы манипулировать заботой мужчин. Мы согласны с тем, что самки могут использовать широкий спектр признаков, чтобы влиять на уход за самцами, включая увеличенный размер кладки, большую асинхронность вылупления (Ford, Smiseth, 2016) и истощение запасов энергии (Barta et al.2002). Однако в нашем обзоре особое внимание уделяется материнским эффектам, которые влияют на уход за самцами, изменяя фенотип потомства (Paquet and Smiseth 2016). Материнские эффекты определяются как причинное влияние фенотипа самки на фенотип развивающегося потомства помимо прямого воздействия генов, которые потомство наследует от своей матери. Таким образом, при обсуждении материнских воздействий в контексте сексуального конфликта из-за родительской заботы соответствующий механизм должен влиять на мужскую заботу через изменения фенотипа потомства.Хотя размер кладки потенциально может повлиять на фенотип потомства через конкуренцию братьев и сестер, теоретическая модель, процитированная Ройлом, предполагает, что самцы реагируют на количество потомства (Smith and Härdling, 2000), а не на свой фенотип. Таким образом, размер кладки не является подходящим материнским эффектом в этом контексте. Ройл также комментирует нашу цитату Savage et al. (2015) в качестве теоретической поддержки предположения о том, что размер яйца может зависеть от ухода за самцами. Хотя особое внимание уделяется адаптации размера яиц к размеру группы самок у совместно размножающихся видов, Savage et al.(2015) утверждают, что основная логика модели применима к видам с двупародительской заботой. Наконец, мы отмечаем, что эта модель фокусируется на объеме помощи, оказываемой помощниками, а не на решении о том, помогать или нет, что, вероятно, будет зависеть от отсутствия дополнительных возможностей для размножения.

Алонзо (2016) считает наш обзор полезным обобщением гипотезы манипулирования андрогенами (MAH) и утверждает, что необходима дальнейшая работа, чтобы понять, как сексуальный конфликт влияет на историю жизни женщин и как пластичность материнских эффектов развивается в ответ на пластичность в уходе за мужчинами. наоборот.Мы согласны и подчеркиваем, что, поскольку и MAH, и наш обзор основаны на словесных аргументах, существует потребность в более формальных теоретических моделях совместной эволюции материнских эффектов и родительской заботы о мужчинах (и женщинах). Алонзо также утверждает, что манипуляция сработает только в краткосрочной перспективе, поскольку у мужчин должна развиваться поведенческая реакция, адаптивная с их точки зрения. Мы согласны с этим аргументом в применении к манипулированию обманом. Однако манипуляция посредством стимулирования может работать в долгосрочной перспективе, потому что мужчины принимают оптимальное решение с учетом конкретных преимуществ и / или затрат на уход.Стимулирование может обеспечить эволюционно стабильный механизм для женских манипуляций из-за асимметрии между полами, когда самки принимают первоначальное решение, корректируя фенотип потомства, тем самым уменьшая выгоды и / или затраты на уход, которые влияют на последующее решение самца. Таким образом, даже несмотря на то, что самцы корректируют свое решение таким образом, который является оптимальным для них с учетом конкретных функций затрат и выгод, их приспособленность все равно может быть ниже, чем это было бы в отсутствие какой-либо корректировки женского фенотипа потомства.

ФИНАНСИРОВАНИЕ

М.П. был поддержан FYSSEN.

ССЫЛКИ

Алонзо

SH

2016

Материнские эффекты, вероятно, совпадают с пластичностью ухода за мужчинами: комментарий к Пакету и Смисету

Behav Ecol

27

696

697

Барта

Z

Хьюстон

AI

Макнамара

JM

Секели

т

2002

Сексуальный конфликт по поводу родительской заботы: роль резервов

Am Nat

159

687

705

Форд

LE

Смисет

PT

2016

Асинхронное вылупление дает самкам возможность увеличить заботу о самцах, но требует затрат за счет снижения приспособленности потомства

Дж Evol Biol

29

428

437

Килнер

RM

2016

Руководство эмпириков по сексуальному конфликту из-за родительских инвестиций: комментарий к Пакету и Смисету

Behav Ecol

27

695

696

Пакет

м

Смисет

PT

2016

Материнские эффекты как механизм управления мужским автомобилем и разрешения сексуального конфликта из-за заботы

Behav Ecol

27

685

694

Ройл

NJ

2016

Ограничения и размер сцепления: комментарий к Пакету и Смисету

Behav Ecol

27

697

698

Дикарь

JL

Рассел

AF

Джонстон

RA

2015

Материнское распределение в кооперативных заводчиках: должны ли матери соответствовать или компенсировать ожидаемый вклад помощника?

Анимационное поведение

102

189

197

Смит

HG

Härdling

R

2000

Эволюция размера сцепления в условиях сексуального конфликта повышает стабильность систем спаривания

Proc Biol Sci

267

2163

2170

Саммерс

К

2016

Расширение исследований манипуляции через материнские эффекты: комментарий к Пакету и Смисету

Behav Ecol

27

696

Заметки автора

Главный редактор: Ли Симмонс

© Автор, 2016.Опубликовано Oxford University Press от имени Международного общества поведенческой экологии. Все права защищены. Для получения разрешений обращайтесь по электронной почте: [email protected]

Манипуляция соотношением полов потомства самками домашнего крапивника вторичной спаривания.

Proc Biol Sci. 2002 7 марта; 269 ​​(1490): 461–465.

Биологический факультет Университета Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико 87131, США. [email protected]

Abstract

В 1973 году Трайверс и Уиллард предположили, что соотношение полов в потомстве должно быть связано с качеством родительской заботы, которая может быть оказана потомству. Мы проверили эту гипотезу, сравнив соотношение полов в гнездах самок домашних крапивников (Troglodytes aedon) первой и второй спариваний. В нашей популяции Вайоминга вторые самки, как правило, получают мало или совсем не получают помощи со стороны мужских родителей и оперяются меньшим количеством потомства более низкого качества по сравнению с первыми самками.Предполагая, что принадлежность к более низкому качеству оказывает более сильное негативное влияние на будущий репродуктивный успех самцов, чем самок, в этой полигинной популяции, мы предсказали, что соотношение полов в гнездах вторичных самок будет смещено в сторону самок по сравнению с неоперившимся полом. соотношения самок-первенцев. Кроме того, мы спросили, могло ли какое-либо предубеждение по признаку пола при оперении быть результатом предвзятого отношения к самцам смертности птенцов, вызванного предвзятым отношением к полу в родительских условиях. Как и предполагалось, средние соотношения полов в гнездах самок, повязанных вторым спариванием, были более смещены в сторону самок, чем соотношения полов в гнездах самок, спарившихся при первом спаривании.Тем не менее, мы не нашли свидетельств ни предвзятой по полу смертности птенцов, ни предвзятого по признаку пола родительского обеспечения. Эти данные свидетельствуют о том, что самки реагируют на свой статус вторых самок и на связанную с ним некачественную родительскую заботу, которую их детеныши, скорее всего, получат, производя кладки с предвзятым отношением к самкам, а не манипулируя соотношением полов потомства через предвзятую по половому признаку смертность птенцов. .

Полный текст

Полный текст этой статьи доступен в формате PDF (83 КБ).

Избранные ссылки

Эти ссылки находятся в PubMed. Это может быть не полный список ссылок из этой статьи.

• Clutton-Brock TH, Ясон ГР. Изменение соотношения полов у млекопитающих. Q Rev Biol. 1986 сентябрь; 61 (3): 339–374. [PubMed] [Google Scholar]
• Emlen ST, Oring LW. Экология, половой отбор и эволюция систем спаривания. Наука. 15 июля 1977 г .; 197 (4300): 215–223. [PubMed] [Google Scholar]
• Гриффитс Р., Даан С., Дейкстра К. Определение пола у птиц с использованием двух генов ИБС.Proc Biol Sci. 1996 22 сентября; 263 (1374): 1251–1256. [PubMed] [Google Scholar]
• Килнер Р. Манипуляции с первичным и вторичным соотношением полов с помощью зебровых зябликов. Anim Behav. 1998 Июль; 56 (1): 155–164. [PubMed] [Google Scholar]
• Краков С. Возможные механизмы регулирования соотношения полов у млекопитающих и птиц. Биол Рев Камб Филос Соц. 1995 Май; 70 (2): 225–241. [PubMed] [Google Scholar]
• McClure PA. Уменьшение помета по признаку пола у лесных крыс, лишенных корма (Neotoma floridana). Наука.6 марта 1981 г .; 211 (4486): 1058–1060. [PubMed] [Google Scholar]
• Trivers RL, Willard DE. Естественный отбор по способности родителей изменять соотношение полов потомства. Наука. 5 января 1973 г., 179 (4068): 90–92. [PubMed] [Google Scholar]

Статьи из материалов Королевского общества B: биологические науки предоставлены здесь любезно предоставлены Королевским обществом

Экспериментальное манипулирование сигнальным признаком обнаруживает сложную координацию фенотипа и поведения

Экспериментально design

Этот эксперимент проводился на большом участке размножения ласточек, состоящем из 29–31 гнездящейся пары, в округе Боулдер, штат Колорадо (40 ° 09′44.3 ″ с.ш., 105 ° 11′58,1 ″ з.д.) между 11–23 июня 2015 г. и 12–25 июня 2016 г. 62 (90%) (2016 г.) птиц за время эксперимента. Чтобы синхронизировать сбор данных о социальной интерактивности с помощью регистраторов приближения, птиц нужно было пометить в течение одного-двух дней в начале эксперимента, потому что метки были запрограммированы на включение через несколько дней. Таким образом, мы не смогли пометить 100% населения. Записи взаимодействий с близкого расстояния (≤10 см) ²¹ использовались для построения социальных сетей и расчета силы мужских и женских узлов (сумма всех взаимодействий между центральным самцом и всеми самками), взаимодействия самца за пределами парной связи ( сила мужско-женского узла, исключая взаимодействие с его партнером по социальному взаимодействию), и взаимодействие мужчины с его партнером по социальному взаимодействию.Вкратце, эти бесконтактные метки передают и получают уникальные идентификационные коды и, таким образом, могут регистрировать социальные взаимодействия с другими людьми в популяции. Мы не можем определить направление взаимодействий по данным близости. Мы определяем интерактивность как частоту непосредственных взаимодействий между основным самцом и другими птицами (например, его социальным партнером, другими самцами или другими самками). Птиц оснастили регистраторами приближения за три дня до того, как регистраторы начали собирать данные.В день метки у птиц брали пробы крови (до 100 мкл из плечевой вены) после 15-минутного стандартизированного удерживания ²² для измерения силы реакции на стресс, и перья были выщипаны из четырех областей вентральная поверхность (горло, грудь, живот, отверстие) для количественной оценки цвета с помощью спектрофотометрии ¹⁵ . Отбор проб производился между 4–10 часами утра, все птицы были пойманы и помечены за одно утро. Птицы были обвязаны металлической лентой USGS и уникальной комбинацией цветных полос, были взвешены и измерены их правое крыло и обе хвостовые ленты (крайние удлиненные рулевые перья).За день до сбора данных об интерактивности яйца первой кладки были собраны из всех гнезд. Если гнездо достигло двух дней до даты вылупления до даты сбора яиц, яйца собирали раньше и заменяли фальшивыми яйцами, созданными для имитации веса и внешнего вида яиц сарайных ласточек. Яйца собирали для выделения ДНК и анализа отцовства в качестве записи решений самок о спаривании до манипуляции с оперением ¹⁵ .

Данные о близости собирались с 6 до 9 утра в течение двух дней (социальная интерактивность до манипуляций), после чего метки оставались в спящем режиме в течение трех дней.Мы собирали данные о близости в эти часы, потому что птицы наиболее активны в это время суток. Мы записывали активность в течение трехчасового периода в течение последовательных дней, чтобы получить реплицированную информацию о социальном взаимодействии в течение того же периода времени. Был выбран трехчасовой период записи, чтобы продлить срок службы батареи в течение нескольких дней использования метки. В ночь на последний день сбора социальных данных перед манипуляциями случайная половина самцов была поймана на гнезде или рядом с ним.Брюшное оперение этих самцов (2015: n = 14, 2016: n = 15) было экспериментально затемнено нетоксичным художественным маркером (PrismaColor Light Walnut # 3507) ^9,10,15,18 и выщипаны грудные перья. после нанесения цвета для определения степени изменения цвета после обработки по сравнению с предварительной обработкой. Двое из одних и тех же мужчин были случайным образом отнесены к затемненному лечению в оба года. Предыдущее использование этой обработки манипуляции с оперением и фиктивного контроля (применение четкого маркера) указывает на отсутствие различий между самцами в необработанной контрольной группе (как мы используем здесь) по сравнению с фиктивной контрольной группой ¹⁵ .Таким образом, а также из-за ограничений по времени и размеру выборки, связанных с использованием тегов для отслеживания индивидуальных взаимодействий, мы использовали две группы лечения в этом исследовании: улучшение оперения и необработанную контрольную группу. Через три дня после манипуляции с оперением метки снова включились и собирали данные о близости с 6–9 утра (социальное взаимодействие после манипуляций) до тех пор, пока не разрядились батареи на метках (обычно через два или более дня выборки). Большинство птиц (2015 г .: 95%, 2016 г .: 93%) были повторно пойманы утром четвертого дня после сбора данных после манипуляций для отбора проб крови, взвешивания и удаления регистратора приближения.Остальные особи (2015 г .: n = 3, 2016 г .: n = 4) были повторно отловлены в течение следующих нескольких дней. В день повторной поимки самки начинали откладывать яйца. У полученных птенцов брали пробы крови через двенадцать дней после вылупления, и шесть микросателлитных маркеров ²² использовали для определения отцовства потомства, включая яйца, собранные непосредственно перед экспериментом. Протоколы исследований были одобрены IACUC Университета Колорадо (разрешение № 1303.02), и все эксперименты проводились в соответствии с соответствующими руководящими принципами и правилами.

Изменения в социальной интерактивности

В дополнение к сравнению уровней интерактивности мужчин в обеих группах лечения (экспериментальная манипуляция цветом и отсутствие манипуляции цветом) до и после манипуляции, мы также сравнили внутриличностные изменения как функцию изменения цвета оперения у самцов в группе манипулирования цветом. Это позволяет провести мощное парное сравнение дизайна, чтобы проанализировать, имеют ли изменения в индивидуальном фенотипе сопутствующие изменения в других аспектах интегрированного фенотипа.Социальные сети были построены на основе парных взаимодействий в непосредственной близости между помеченными людьми ²¹ и были рассчитаны изменения (пост-манипуляция минус предварительная манипуляция) в интерактивности, включая изменения во взаимодействии между мужчиной и мужчиной, мужчиной-женщиной и мужчиной-социальным партнером. , а также интерактивность между мужчинами и женщинами, кроме социального партнера. Лица были включены в анализ, если у них были полные социальные данные (за два дня до и после манипуляции, включая полные данные для их социального партнера) и данные по гормонам.

Анализ цвета оперения

Перья хранили в темноте в конвертах до тех пор, пока их не измерили. Перья были наложены и приклеены на белую учетную карточку, чтобы они максимально напоминали их внешний вид на птице ¹⁵ , а цвет оценивался с помощью спектрометра Ocean Optics USB4000 (Данидин, Флорида) и импульсного ксенонового света (PX-2, Ocean Optics). Зонд держали перпендикулярно перьям на заданном расстоянии от поверхности пера, так что 2,5 мм образца пера освещались и измерялись.Спектральные данные, оцененные в диапазоне 300–700 нм, были получены относительно белого стандарта (Ocean Optics WS-1) и темного стандарта (исключая весь свет) с использованием SpectraSuite v.3.0.151 (Ocean Optics). Каждую область пера анализировали трижды, используя 20 сканирований на измерение, и среднее значение использовали для дальнейшей обработки цвета, которая была выполнена с использованием пакета R pavo ²³ . Мы количественно определили три традиционные оси цвета: яркость, оттенок и цветность, которые сильно коррелированы в патче оперения ²⁴ .Изменение цвета оперения для экспериментально затемненных самцов рассчитывали как разницу в средней яркости грудных перьев между спектральными данными от исходного естественного цвета брюшного оперения и грудных перьев, собранных сразу после манипуляции. Средняя яркость — это количество света, независимо от длины волны, отраженного от объекта ²⁵ и варьируется от белого (отражает больше всего света) до черного (отражает меньше всего света). Следовательно, птица с более темным брюшным оперением имеет меньшую яркость, чем более светлая птица.Для получения более интуитивных результатов мы использовали инверсию изменения яркости грудных перьев (яркость после манипуляции — яркость до манипуляции), так что большее изменение яркости соответствовало большему переходу от бледного к темному. Мы сравнили среднюю яркость с цветовыми показателями, определенными в тетраэдрическом цветовом пространстве ²⁶ , которые оценивают относительную стимуляцию типов колбочек в глазах воробьиных птиц. Этот метод позволил получить две меры, соответствующие оттенку (тета, фи), и одну меру, соответствующую насыщенности (r), которые были от умеренной до сильной коррелированной с нашим измерением цвета оперения, средней яркостью груди (средняя яркость груди — тета: r = −0.85, средняя яркость груди — phi: r = −0,80, средняя яркость груди — достигнутая r: −0,60). Таким образом, наша мера цвета, средняя яркость груди, легко интерпретируется биологически, варьируется между мужчинами, воспроизводится ²⁷ и коррелируется с дополнительными показателями, полученными с помощью моделей птичьего зрения.

Анализ кортикостерона

Стресс-индуцированные уровни CORT были количественно определены для большинства мужчин и женщин с использованием анализа, оптимизированного для ласточек ^10,22 .В этой популяции есть доказательства того, что вызванная стрессом CORT и исходная CORT коррелированы и воспроизводимы для людей на разных этапах жизненного цикла в течение сезона размножения ²⁸ . Поскольку ранее мы обнаружили, что мужчины с более высоким уровнем CORT, вызванного стрессом, более взаимодействуют с женщинами, мы выбрали выборку CORT, вызванного стрессом, вместо базового уровня CORT, поскольку мы не смогли выбрать оба для этого эксперимента. Наш протокол CORT, вызванный стрессом, включал 15-минутное стандартизированное ограничение, которое ранее использовалось в ласточках ^20,22,29 .Поскольку несколько птиц были пойманы в одно и то же время, у некоторых птиц были взяты образцы после немного более длительного удержания. Среднее время кровотечения для мужчин в нашем анализе составило 19,67 минут (± 4,30 стандартного отклонения) до манипуляции и 18,30 минут (± 7,56 стандартного отклонения) после манипуляции. Не было никакой связи между временем до кровотечения и концентрацией CORT или тестостерона до или после манипуляции (CORT до манипуляции ~ время до кровотечения: β = -4,21, r ² = 0,33, p = 0,08, CORT после манипуляции ~ время до истечения: β = 1,059, r ² = −0.08, p = 0,53, T ~ время до начала манипуляции: β = -0,01, r ² = 0,13, p = 0,78, T ~ время после манипуляции до кровотечения: β = 0,01, r ² = — 0,09, p = 0,64).

Стресс-индуцированный CORT анализировали до и после манипуляции с использованием набора для иммуноферментного анализа (Enzo Life Science, Plymouth Meeting, PA, ADI-900-097). Образцы до и после манипуляции для каждого индивидуума всегда анализировали на одном планшете вместе с калибровкой стандартной кривой с шестью разведениями в трех повторностях. Образцы были проанализированы в двух экземплярах; Коэффициент вариации внутри анализа до манипуляции составлял 10.1%, а коэффициент вариации после манипуляции составлял 10,7%. Вариация между анализами составляла 4,53%. В случаях, когда объем плазмы был низким, мы отдавали предпочтение тестостерону, а не КОРТ. Как и в случае с данными о социальной интерактивности, мы проанализировали изменения в уровнях CORT, вызванных стрессом (уровни после манипуляции — уровни до манипуляции).

Анализ тестостерона

Анализы тестостерона были выполнены в Центре интегративного исследования поведения животных при Университете Индианы с использованием протокола, оптимизированного для различных видов птиц, включая ласточек ^10,30 .Вкратце, это включало использование набора для иммуноферментного анализа (Enzo Life Science, Plymouth Meeting, PA, ADI-901-065) и анализ людей в двух экземплярах с использованием стандартной кривой из девяти точек, а также анализ образца в трех экземплярах на каждом планшете. для расчета вариации между анализами. Как и в случае анализа CORT, образцы до и после манипуляции всегда запускались на одном планшете. Приблизительно 2000 имп / мин тестостерона, меченного тритием, добавляли к каждому образцу для определения извлечения образца после двух циклов экстракции диэтиловым эфиром.Средняя эффективность экстракции составила 90,33% для образцов 2015 года. Поскольку эти средние показатели выздоровления в 2015 году были стабильно высокими, и один и тот же человек (К. Бержон Бернс) выполнял анализы тестостерона оба года, мы не проводили количественную оценку эффективности экстракции в 2016 году, отчасти для максимального увеличения объема плазмы для анализов. Экстрагированные образцы ресуспендировали в 50 мкл этанола и разбавляли 300 мкл буфера для анализа. Количества 100 мкл были проанализированы в двух экземплярах. Коэффициент вариации между анализами для самцов 2015 г. составил 3,85% и 4.55% для мужчин в 2016 году. Как и в случае с данными о социальной интерактивности и стресс-индуцированном CORT, мы проанализировали изменения в уровнях тестостерона (уровни после манипуляции — уровни до манипуляции).

Статистический анализ

Мы использовали t-тесты для оценки общего влияния обработки цвета оперения на показатели интерактивности до и после манипуляции (изменение взаимодействия с социальным партнером, с женщинами, не являющимися социальным партнером, и с другие самцы), а также U-критерий и t-критерий Манна-Уитни для изучения различий в цвете оперения до и после манипуляций.Линейные модели использовались для анализа того, как степень изменения цвета оперения влияет на изменения в социальной интерактивности, изменения уровня тестостерона и вызванного стрессом уровня CORT, а также на изменения отцовства (изменения в потомстве одной пары, доля потомства внутри пары). потомство или полное потомство) у управляемых самцов. Мы также рассматривали изменения уровня гормонов в качестве дополнительных переменных-предикторов в лучшей модели изменения взаимодействия с социальным партнером. Точно так же мы исследовали, предсказывают ли изменения уровня гормонов изменения в интерактивности у необработанных самцов.Наконец, мы исследовали, были ли изменения в отцовстве вне пары и пропорции отцовства внутри пары связаны с изменениями интерактивности. Анализы проводились в R v3.3.1 ³¹ .

Эксперимент с ограниченными возможностями в Ласточке сарая

Аннотация

У птиц, находящихся под опекой двух родителей, два родителя сотрудничают, чтобы обеспечить надлежащий уход за птенцом. Модели эволюционно-стабильной стратегии (ESS) предсказывают, что сотрудничество может быть стабилизировано, когда родители реагируют на снижение заботы со стороны своих партнеров, увеличивая свои усилия, не полностью компенсируя это сокращение.Чтобы проверить, регулируют ли родители свои усилия в соответствии с вкладом своего партнера и какие сигналы родители используют в процессе переговоров, мы изменили родительскую заботу в Barn Swallow Hirundo rustica . Двадцать восемь пар были случайным образом разделены на три группы: (i) ограниченная родительская забота со стороны мужчин (7 пар), (ii) контрольная (13 пар), (iii) ограниченная родительская забота со стороны женщин (8 пар). Родительской заботой манипулировали, прикрепляя к основанию птичьего хвостового перья грузики. Эта манипуляция успешно снизила родительскую заботу у птиц с ограниченными возможностями, сохранив при этом заботу о двух родителях.Однако, независимо от пола, инвалидность особей не приводила к компенсаторным ответам со стороны партнеров.