在眼柄蝇的世界里,拥有更长眼柄的雄性才能赢得雌性的青睐。雌性不仅偏爱眼柄上带有触角、更长的雄性,其他雄性也更不愿意与这些“条件更好”的雄性争斗。
然而,有些雄性由于携带一份导致眼柄较小的X染色体,注定眼柄会比较短。在研究为何这种基因突变——尽管经过几代性选择——却并未消失时,一组科学家发现,这些眼柄蝇可能正在通过增加攻击性来弥补眼柄的不足。相关研究结果详见于10月21日发表在《行为学前沿》杂志上的一项研究。
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“这些驱动性X染色体非常有趣,因为它们展示了我们基因代码的某些部分并非一定协同工作,而是有自己的‘自私’利益,”该研究的合著者、纽约州立大学杰尼索分校的生物学家Josephine Reinhardt在一份声明中表示。“这是一个极端例子,但仅仅携带这些自私染色体之一就会影响到这些动物生物学的许多方面,甚至影响它们的行为。”
基因驱动与搏斗的眼柄蝇
眼柄蝇是眼柄蝇科(Diopsidae)和双翅目(Diptera)昆虫的总称。它们通常生活在潮湿地区低矮的植被中,一般靠近河流和溪流。它们体长仅约一厘米,以腐烂的动植物为食。
眼柄蝇体内存在两种X染色体。携带短眼柄突变的X染色体是驱动性X染色体,更具体地说,是一种减数分裂驱动基因。这意味着它携带的等位基因在雄性精子中被过度代表,因此更有可能传递给下一代。
“驱动性X染色体具有巨大的自然优势,因为它自身的传递几率超过了我们高中生物课上学到的‘抛硬币’式的‘50-50’遗传规律,”Reinhardt说。“雄性的后代高达100%会遗传该X染色体,因此都是雌性。鉴于此,我们可能会认为该X染色体会不断在种群中增加,甚至导致物种灭绝。既然情况并未如此,我们便有兴趣了解还有哪些其他性状可以抵消这种优势。”
为了争夺交配权,雄性眼柄蝇通常会采取威慑性的展示和打斗。它们也会对其他眼柄大小相似的眼柄蝇表现出更强的攻击性。
为了检验携带驱动性X染色体的眼柄蝇是否更具攻击性,该研究团队使用了携带两种X染色体类型的眼柄蝇种群——一种总是导致眼柄较短,另一种则不会。他们还将眼柄大小相似的竞争者进行配对,记录它们的争斗,并分析了它们的行为。

当两只眼柄蝇的眼柄大小越接近时,打斗行为就越普遍。携带驱动性X染色体的雄性眼柄蝇也更常表现出攻击行为。进行更多打斗行为的雄性也更有可能在这些竞争中获胜。当携带驱动性X染色体的雄性进行更多打斗而非展示时,它们也更有可能取得胜利。
“当搏斗者实力不匹配时,打斗往往很快结束,体型较小的雄性会退缩,”Reinhardt说。“当携带驱动性X染色体的雄性与眼柄大小相似的雄性搏斗时,它会更具攻击性。但由于携带驱动性X染色体的雄性平均体型较小,这可能仍然是一个劣势。”
交配机会
据研究团队称,这种好斗的行为可能解释了为何眼柄较短的眼柄蝇能够成功交配。由于更长的眼柄预示着更大的体型和潜在的更危险的对手,眼柄较短的眼柄蝇通常会避开与这些体型较大的眼柄蝇的竞争。
然而,如果携带驱动性X染色体的雄性更加好斗,或者未能准确评估其他雄性的威胁,它们可能会选择与眼柄更长的雄性竞争。这样一来,它们就有机会接触到原本被其对手吸引的雌性。
尽管这种额外的攻击性可能带来危险,但也可能为这些眼柄蝇提供它们本无法获得的交配机会。然而,这并不能完全抵消性选择的影响。该团队对驱动性X染色体传播的建模表明,这或许能解释为何眼柄较短的性状并未完全占据主导地位。雌性仍然偏爱眼柄更长的雄性,从而将该变异的频率保持在较低水平。
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“我认为这项研究是一个初步的发现,”Reinhardt说。“可能还需要进行一项更大型的研究,其中我们将专门在更大的样本中测试我们在此看到的强度行为的增加。此外,这是一项实验室研究,因此它在多大程度上适用于野外行为尚不完全清楚。”
这项研究也没有测试雌性眼柄蝇。如果驱动性X染色体直接导致攻击性增加,那么它可能会影响雌性。然而,如果这是与眼柄大小相关的间接效应,那么驱动性X染色体可能不会影响雌性。