7 feb. 2012

Parning på distans: frivillig kastration och sexuell kannibalism

En av de viktiga poängerna man vill göra som föreläsare i evolutionsbiologi är att det inte handlar så mycket om överlevnad, det handlar om reproduktion. Det är därför vi har åldrande, det naturliga urvalet verkar inte på egenskaper som sker efter den reproduktiva perioden i livet (utom under extremt speciella omständigheter).

Ett väldigt illustrativt exempel på det här har precis blivit publicerat i Biology Letters. Det handlar om spindeln Nephilengys malabarensis. Liksom hos en del andra spindlar har honan hos den här arten en viss förkärlek för att äta upp hanen när han kommer för att para sig. Det här kan ju verka som en något dum idé för hanen - borde det inte vara bättre att överleva?

Men det finns faktiskt situationer när det går att räkna ut att hanen får större reproduktiv framgång genom att bli uppäten. Om det till exempel är svårt att hitta honor, då är det bättre att satsa alla resurser på att para sig med den man väl hittat - inklusive att skänka all den energi som man samlat i kroppen.

Dock vill det då till att inte honan bara äter upp en för att sedan para sig med någon annan. Det vore ju fiasko. Det har evolverat en del mekanismer hos hanar för att det inte ska bli på det sättet. Till exempel finns det olika former av parningspluggar där hanen lämnar efter sig ett fysiskt hinder i honan så att hon inte ska kunna para sig igen.

Hos Nephilengys malabarensis har det uppstått en kreativ lösning på hela dilemmat.Under parningen så kastrerar sig helt enkelt hanen genom att bryta av hela sin pedipalp, inklusive alla spermier, och lämnar denna i honan. Pedipalpen fungerar sedan som en parningsplugg. Det nya fyndet i experimentet - som  gör det extra intressant - är att man kunnat fastställa att pedipalpen fortsätter överföra spermier även efter den frigjorts från kroppen.
Hona med avbruten pedipalp (i röda rutan)
och halväten hane (den lilla spindeln).
Parningen sker alltså på distans efter egenhändig kastration, allt medan honan kannibaliserar sin partner. Tur att det naturliga urvalet finns som förklaring, annars kunde man fått för sig att Gud var en pervers djävel. Och hona.

34 kommentarer:

Björn Bäckström sa...

Underbart inlägg! Outgrundliga äro Herrans vägar. Vilken påhittig designer! ;-)

En liten (ovidkommande) detalj bara:

Åldrande och död är väl nödvändigt för arternas utveckling? Nya muterade individer skulle ha svårt att hävda sig om det inte fanns "lebensraum". Finns det någon för en art "optimal" livslängd?

Patrik Lindenfors sa...

Död är ingen nödvändighet. Se på bakterierna.

Lars N sa...

Om huruvida död är en nödvändighet för levande organismer är en otroligt spännande fråga, tycker jag.

Då det det ständigt sker nybildning av de flesta komponenter i organismens alla celler finns det inget som säger att död genom degenerering skulle vara en nödvändighet. Istället finns det faktiskt en del forskning om tyder på att djur, åtminstone delvis, istället är genetiskt programmerade att börja åldras och dö efter det att dom har förökat sig.

Vad beträffar bakterier finns det dock en del som tyder på att dom åldras inom en s.k. "mother lineage". Likande den åldringsprocess som är väl känd inom jäst.

Patrik Lindenfors sa...

??? Referenser tack. Det där har jag missat / aldrig hört talas om?

Kristian Grönqvist sa...

Det är därför Darwin har en så speciell ställning enligt mitt förmenande.
Han har inte levererat en sprängskiss, Han har levererat Gud.
Alltså Förklaringen.

Björn Bäckström sa...

Måste inte döden vara en nödvändighet sett i det globala perspektivet i varje fall på en statisk jord med begränsade resurser i ytlagret som vår? Om alla varelser som någonsin har existerat fortfarande gjorde så, hur hade då jorden yta sett ut idag?

Om ingen varelse som hade kommit till hade återgått till att bli "jord" igen d.v.s. ingen recycling hade liv anpassat sig till sådana villkor. Hur hade det sett ut?

Är jordens modell med död i ekvationen optimalt för att åstadkomma intelligent liv? Var ska man fråga?

Lars N sa...

Två referenser till bakterie och jäst åldrande skulle kunna vara dessa.
A bacterial kind of aging.
http://www.plosgenetics.org/article/info:doi/10.1371/journal.pgen.0030224
Recent developments in yeast aging.
http://www.plosgenetics.org/article/info:doi/10.1371/journal.pgen.0030084

Och detta är en ganska trevlig review om ”The genetics of aging.”
http://www.nature.com/nature/journal/v464/n7288/full/nature08980.html
Denna review beskriver det arbete som har bedrivits kring åldrandet i rundmasken C. elegans.
Här diskuteras väl framförallt om hur mutationer i gener som styr metabolism påverkar livslängden. Men även om hur signaler från det reproduktiva systemet verkar påverka åldrandet.

Patrik Lindenfors sa...

Lars,
Tack för referenser! Nu har jag bara skummat ännu, men det verkar som om de bakterier som "åldras" (ackumulerar genetiska fel) får sämre delningsförmåga av detta. De blir alltså utkonkurrerade av bakterier som inte åldras. Samma sak måste väl rimligtvis gälla jäst?

Jag ska läsa på om C. elegans.

Patrik Lindenfors sa...

BBM,
Problemet är att det naturliga urvalet verkar på individer, inte på grupper. Så även om "det vore bättre" om alla bara dog och lämnade plats för andra så är detta inte en nödvändig produkt av urvalet.

Patrik Lindenfors sa...

BBM,
Problemet är att det naturliga urvalet verkar på individer, inte på grupper. Så även om "det vore bättre" om alla bara dog och lämnade plats för andra så är detta inte en nödvändig produkt av urvalet.

Daniel Dunér sa...

Det finns även exempel på större djur som inte verkar åldras, till exempel humrar:
https://en.wikipedia.org/wiki/Lobster#Longevity

Daniel Dunér sa...

Det kan också vara värt att nämna att i genetiska algoritmer (evolution i datorn), så kan man ofta få stora fördelar av att behålla de bästa individerna från tidigare generationer. Om man hela tiden dödar den tidigare generationen och ersätter den med en ny så riskerar man att bli av med de bästa individerna. Då kan det istället vara bättre att behålla de allra bästa och byta ut dem först om individer i följande generationer blir ännu bättre.

Lars N sa...

Patrik:
Åldrande processen i både bakterier och jäst handlar framför allt om att förstörda, skadade, proteiner (via oxidering) vid varje ny celldelning bara tas med i "modercellen". Den andra cellen som bildats vid celldelningen får däremot en nystart med enbart fräscha proteiner.

I jäst tillkommer dessutom en speciell företeelse som är kopplat till hur jäst replikerar sina gener för ribosomalt RNA. Här åldras moder jästcellen även för att den vid varje celldelning får fler och fler rDNA cirklar (som hela tiden dumpas i moder cellen). Dessa accumulerade rDNA cirklar tillslut blir en för stor börda.

En intressant sak, som illustrerar att det är en relevant åldrandeprocess värd att studera, är att jäst genen sgs1 liknar den mänskliga genen ”Werner syndrom gene”. Mutationer i denna gen leder till för tidigt åldrande både i jäst och i människa!
http://en.wikipedia.org/wiki/Werner_syndrome

Patrik Lindenfors sa...

Intressant!!! Forskar du månne på åldrande?

Kristian sa...

Är det inte rätt missvisande att tala om att evolutionen verkar på vare sig individer eller grupper, när det ju egentligen handlar om gener?

Spindelhannen är ju inte det enda exemplet på en individ som offrar sig för sina gener.

Och på gennivå bör det dessutom vara fråga om både individuella gener och kollektiv av gener, så att säga. Hur gynnsam en genvariant är, är i varierande grad beroende av vilka andra genvarianter som uttrycks samtidigt.

Så är inte det här talet om selektion på grupp och individ feltänkt från början?

Patrik Lindenfors sa...

Du har förstås en viktig poäng. Men ändå så är det viktigt att prata om individer. Det är individer som blir uppätna och kastrerar sig - det är hos individen som generna kommer till uttryck.

Kristian sa...

Jag justerar mig själv lite:

Man kan ju se det som att de andra generna i individen utgör en del av den miljö där selektionen äger rum.

Varje gen utgör också en del av de andra genernas miljö. På samma sätt som de andra individerna av den egna arten också utgör en del av individens miljö.

Ur det perspektivet behöver man nog inte tala om kollektiv selektion.

Lars N sa...

Nej, jag forskar inte på åldrande. Däremot använder jag C. elegans i min forskning, och inom C. elegans fältet är studier av åldrande-processen en mycket stor grej.

Många enskilda genetiska mutanter har isolerats i denna organism som antingen åldras ovanligt fort eller ovanligt långsamt.

Kristian sa...

Men i så fall skulle man ju kunna tänka så här:

*En gen består av en uppsättning baspar/mutationer. Hur gynnsam en mutation är, för både sin egen och hela genens vidarespridning, beror till viss del på andra närvarande mutationer; dessa är en del av den enskilda mutationens miljö. En gen kommer (oftast) till uttryck i form av ett protein, och proteinets funktion är avgörande.

*Ett genom består av en uppsättning gener. Hur gynnsam en gen är, för både sin egen och hela genomets vidarespridning, beror till viss del på andra närvarande gener; dessa är en del av den enskilda genens miljö. Ett genom kommer till uttryck i form av en individ, och individens funktion är avgörande.

Vid sexuell fortplantning är det bara halva genomet som överförs, men vid delning såsom i bakterier är det hela genomet som fortplantas. Ur det här sättet att tänka kan man se selektion på basparsnivå, gennivå och genomnivå.

Om man skulle utöka resonemanget upp på gruppnivå skulle man kunna säga så här:

Proteinerna bygger upp individen, och individerna bygger upp gruppen. Men det är inte proteinerna, individerna och grupperna som förs vidare. Nästa steg i komplexitetskedjan efter baspar, gen och genom kan vi kalla genpool. I så fall får vi, om vi följer mönstret:

*En genpool består av en uppsättning genom. Hur gynnsam ett genom är, för både sin egen och hela genpoolens vidarespridning, beror till viss del på andra närvarande genom; dessa är en del av det enskilda genomets miljö. En genpool kommer till uttryck i form av en grupp, och gruppens funktion är avgörande.

Vi tänker oss ofta cellmaskineriet som väloljad maskin. Men tänk om detta maskineri har uppstått under evolutionen genom att olika proteiner har tävlat med varandra i cellen? Det är en spännande tanke. Då får vi en sammanhängande kedja av ”competition by proxy”:

Gener konkurrerar mot andra gener via proteiner. Samverkan kan uppstå spontant om det ökar konkurrenskraften, och då verkar proteinerna tillsammans mot andra proteiner.

Genom konkurrerar mot andra genom via individer. Samverkan kan uppstå spontant om det ökar konkurrenskraften, och då verkar individerna tillsammans mot andra individer.

Genpooler konkurrerar mot andra genpooler via grupper. Samverkan kan uppstå spontant om det ökar konkurrenskraften, och då verkar grupperna tillsammans mot andra grupper.

I vissa fall kan utvecklingen mot samverkan ha gått så långt att konkurrensen inte längre syns. Detta är antagligen fallet på gen-protein-nivån, där evolutionen ju också hållit på längst. Men i den tidiga RNA-världen fanns det säkert en tydlig konkurrens mellan olika gen-protein-komplex med självkopieringsförmåga. Men i och med uppkomsten av cellen började selektionens tyngdpunkt så att säga flyttas upp i komplexitetskedjan, mot genom-individ-nivån.

Denna tanke att tyngdpunkten kan förflyttas tror jag skulle kunna vara lite av ett Alexanderhugg mot diskussionen individselektion-gruppselektion. Senare i evolutionen har vi också fått en viss selektion på genpool-grupp-nivån, tydligast kanske hos människan. Sannolikheten för vår reproduktion beror ju faktiskt till stor del på vilka grupper vi föds in i. Så även om det är möjligt att tyngdpunkten för de flesta arter fortfarande ligger på genom-individ-nivån, bör en viss vikt för en del arter också ligga på genpool-grupp-nivån.

Patrik Lindenfors sa...

Kristian,
Du har just formulerat det som går under begreppet "multi-level selection". Det är förstås en helt riktig beskrivning du gör. Men det går ändå att göra vissa observationer. En sådan är att selektion på individnivån är oerhört mycket starkare än den på gruppnivån. Båda finns, förstås, men de går att jämföra. Så om du har en gen som gynnar individen på gruppens bekostnad så kommer den att spridas, men det motsatta gäller inte.

Patrik Lindenfors sa...

...och nu gick det upp för vilken Lars N jag diskuterar med... Långsamt i huvudet här.

Patrik Lindenfors sa...

http://en.wikipedia.org/wiki/Unit_of_selection

Björn Bäckström sa...

Kristian 2012-02-07 14:43

"Så även om det är möjligt att tyngdpunkten för de flesta arter fortfarande ligger på genom-individ-nivån, bör en viss vikt för en del arter också ligga på genpool-grupp-nivån."

Instämmer. Dessutom tillkommer väl den kuturella/religiösa "gen"-poolen. Muslimerna - oberoende av genpooltillhörighet - förväntas öka med 35 % fram till 2030. Resten av mänskligheten avsevärt mindre.

Kristian sa...

Patrik, ja där ser man.

Men det är ju ändå viss skillnad mellan att säga att tyngdpunkten ligger på en viss del av skalan, och att säga att det är *bara* det ena och inte det andra.

Om det ena är mycket starkare så blir det ju mer en fråga om statistik. En gen som gynnar individen på gruppens bekostnad kommer *oftast* att spridas. En gen som gynnar gruppen på individens bekostnad kommer *oftast inte* att spridas, men det borde teoretiskt kunna uppstå sådana situationer.

En individ som offrar sig i strid för gruppens överlevnad innan han har hunnit reproducera sig är ju då ett exempel. Stanna och slåss så att resten hinner fly. Om det finns en betydande risk för gruppens utrotning borde gener för sådant beteende också kunna spridas. Men kanske epigenetiskt reglerade så att de bara aktiveras i situationer som är desperata för hela gruppen.

Rent teoretiskt ser jag inget hinder för det.

Kristian sa...

BBM, nu ska man komma ihåg att det är en stor blandning av mänskliga genpooler. Jag skulle heller inte på något sätt vilja antyda att någon viss grupp har gener som gör att de förökar sig mer än andra.

Man bör vara mycket försiktig med att blanda ihop gener och religion.

Däremot kan man tala om memer och memetisk evolution.

Björn Bäckström sa...

Kristian 2012-02-07 15:41

"Däremot kan man tala om memer och memetisk evolution."

Då var det det jag gjorde ;-)

Kristian Grönqvist sa...

Kan man tänka sig att den generella dödligheten är en tidig anpassning till livet överhuvudtaget. Det måste ju redan på ett väldigt tidigt skede ha framgått att odödlighet var en återvändsgränd...? Överpopulation, födoämnesbrist och massdöd.

Det finns ju exempel på primitivt liv som är extremt långlivat. Träd är kanske den vanligaste varianten, men björndjur, vissa bakterier etc. som speciellt i väntan på fortplantning kan bli mycket gamla.

Björn Bäckström sa...

Finns det någon statistik på om "gamla tiders fröknar" lever längre än sina reproducerande systrar? Eller när äggen är slut så är det kört...?

Kristian Grönqvist sa...

Jag tänkte faktiskt tanken BBM, men nändes inte fråga. Det borde jag nämligen ha absolut koll på.

Kristian Grönqvist sa...

BBM

Ett snabbt överslag gav bara halvbra resultat.

Kvinnor har mindre järnhalt i blodet medan de menstruerar och bildar mycket mindre fria radikaler. Därav senareläggningen av hjärt och kärlsjukdomar so debuterar 5-10 år senare hos kvinnor och ger dem rent patologiskt längre liv.
Nu kommer vi till det jag ännu inte har belägg för.

Man skulle kunna tänka sig att kvinnor som inte fött fortfarande väntar på befruktningen och att den därför förskjuter åldrandet
Eftersom det sk åldrandet accelererar vid menopausen.

Däremot har jag ännu inte hittat belägg för att senare menopaus skulle ge längre liv. Återkommer.

Kristian Grönqvist sa...

BBM

Det problematiska med sen menopaus är att en av korrelationerna är till cancer i äggstockar och livmoder, vilket inte precis gör bilden klarare just nu. Sökningarna krockar.

Patrik Lindenfors sa...

Allt liv som existerar består av cellinjer som hittills varit odödliga. Bara ett litet påpekande.

Daniel Dunér sa...

Som jag nämnde i förbifarten tidigare så finns det även komplexa djur som inte verkar åldras. Negligible senescence heter det på engelska. Exempel är aldabrasköldpaddor och humrar ,som vissa forskare tror kan leva godtyckligt länge om de klarar sig undan från skador, sjukdomar etc. Problemet är att vi inte kan lista ut hur gamla humrarna är eftersom det inte finns några ålderstecken, så det är svårt att avgöra hur gamla de blir i praktiken.

Patrik Lindenfors sa...

Från DN: http://www.dn.se/nyheter/vetenskap/sjogras-i-medelhavet-tros-vara-jordens-aldsta-organism

 
Religion Blogg listad på Bloggtoppen.se