生殖行为生态学.ppt
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1、2、动物生殖行为生态学生殖行为是自然选择的焦点!生殖行为是自然选择的焦点!动物生态学Why sex?Why sex?Why sex?Why sex?Deleterious mutations accumulate in asexual Deleterious mutations accumulate in asexual lineageslineages Novel gene combinations are createdNovel gene combinations are created Red Queen HypothesisRed Queen Hypothesis Need to c
2、reate new gene arrangements to combat Need to create new gene arrangements to combat pathogen evolutionpathogen evolution 19701970年代,一群生物学家开始建立寄生生物与寄主之间共年代,一群生物学家开始建立寄生生物与寄主之间共同演化的数学模型,结果显示它在兜圈子,彷佛一场致死同演化的数学模型,结果显示它在兜圈子,彷佛一场致死方休的旋转木马方休的旋转木马(merry-go-round)(merry-go-round)游戏。游戏。牛津生物学家汉弥顿牛津生物学家汉弥顿(Wil
3、liam HamiltonWilliam HamiltonWilliam HamiltonWilliam Hamilton)于于19801980年代初指出,年代初指出,性可以为陷在红皇后式赛跑中的动物带来一项利多:它会性可以为陷在红皇后式赛跑中的动物带来一项利多:它会使得寄生生物较难以适应寄主。使得寄生生物较难以适应寄主。推荐的一篇推荐的一篇SCIENCESCIENCE文献文献 及及DarwinDarwin的的物种起源物种起源生物学家称这种演化模型为红心皇后假说,生物学家称这种演化模型为红心皇后假说,命名灵感来自凯洛命名灵感来自凯洛(Lewis Carroll)(Lewis Carroll)的
4、名著艾丽的名著艾丽斯漫游仙境斯漫游仙境(Through the Looking GlassThrough the Looking Glass)里,里,带着艾丽斯在原地跑了老半天的红心皇后带着艾丽斯在原地跑了老半天的红心皇后(Red (Red Queen)-Queen)-红皇后说:你瞧,你跑好久好久,红皇后说:你瞧,你跑好久好久,还在原地不动哪!寄主与寄生生物都经历长还在原地不动哪!寄主与寄生生物都经历长程演化,却都不能造成任何长程的变化,彷佛程演化,却都不能造成任何长程的变化,彷佛双方一直待在原地演化似的!双方一直待在原地演化似的!性的缺点如此多,为什么还这么成功呢性的缺点如此多,为什么还这么
5、成功呢?最近科学家搜集到许多证据,都持一项最近科学家搜集到许多证据,都持一项出人意料的假设:性可以击退寄生生物!出人意料的假设:性可以击退寄生生物!寄生生物对寄主为害甚剧,因此,任何寄生生物对寄主为害甚剧,因此,任何可以帮助寄主逃避寄生物的适应结果,可以帮助寄主逃避寄生物的适应结果,都可能大获全胜。都可能大获全胜。性的功能和性分化性的功能和性分化虽然性现象到处可见,但对于有性生殖的功能虽然性现象到处可见,但对于有性生殖的功能和行的分化仍然存在着争议。和行的分化仍然存在着争议。为什么性分化能够保存下来?为什么性分化能够保存下来?性的起源是如何的?性的起源是如何的?有性生殖是需要有性生殖是需要 代
6、价的,而现存的绝大多数代价的,而现存的绝大多数的生物却选择了有性生殖;在脊椎动物中,只的生物却选择了有性生殖;在脊椎动物中,只有几个属的鱼类、两栖类和蜥蜴中发现过孤雌有几个属的鱼类、两栖类和蜥蜴中发现过孤雌生殖以及进行周期性孤雌生殖的蚜虫、枝角类生殖以及进行周期性孤雌生殖的蚜虫、枝角类及专性孤雌生殖的象鼻虫。及专性孤雌生殖的象鼻虫。有性生殖的结果是使来自不同细胞的基因在同有性生殖的结果是使来自不同细胞的基因在同一细胞中相遇,在减数分裂期间所发生的遗传一细胞中相遇,在减数分裂期间所发生的遗传重组过程不仅可以保证同源染色体的相互结合,重组过程不仅可以保证同源染色体的相互结合,而且也可保证染色体上的
7、基因有不同的来源,而且也可保证染色体上的基因有不同的来源,这将有利于有性生殖的种群能够更快地进化,这将有利于有性生殖的种群能够更快地进化,以便适应变化了的环境。以便适应变化了的环境。性的分化不仅可以加速进化过程,而且重组是性的分化不仅可以加速进化过程,而且重组是对对DNADNA的一种修复,可防止有害突变的积累,的一种修复,可防止有害突变的积累,这对于一个群体的种群来说是有利的。这对于一个群体的种群来说是有利的。性选择(性选择(性选择(性选择(Sexual SelectionSexual SelectionSexual SelectionSexual Selection):):):):性选择作用
8、是建立在个体生殖成功率存在差异基础上性选择作用是建立在个体生殖成功率存在差异基础上性选择作用是建立在个体生殖成功率存在差异基础上性选择作用是建立在个体生殖成功率存在差异基础上的,差异或者是因为个体间存在着争夺配偶的竞争,或的,差异或者是因为个体间存在着争夺配偶的竞争,或的,差异或者是因为个体间存在着争夺配偶的竞争,或的,差异或者是因为个体间存在着争夺配偶的竞争,或者是因为一性个体总是喜欢与具有某种特征的异性个体者是因为一性个体总是喜欢与具有某种特征的异性个体者是因为一性个体总是喜欢与具有某种特征的异性个体者是因为一性个体总是喜欢与具有某种特征的异性个体进行交配。进行交配。进行交配。进行交配。关
9、于性选择的各种理论关于性选择的各种理论(一)(一)DarwinDarwin的理论的理论 性选择性选择(sexual selaction)(sexual selaction)一词首先是达尔文一词首先是达尔文在在18711871年提出:性选择主要是指通过选年提出:性选择主要是指通过选择过程使一性个体(通常是雄性)在寻择过程使一性个体(通常是雄性)在寻求配偶时获得比同性其他个体更有竞争求配偶时获得比同性其他个体更有竞争力的特征。力的特征。(二)Fisher的理论他指出,建立在主动择偶基础上的性选择可以导致性二型特征的进化。这是一个双向进化过程,即雄性动物的吸引特征和雌性动物的主动选择行为是同时进化的
10、。如雄性孔雀的尾巴等。(三)Trivers的理论1976年,Trivers从更广泛的性进化角度提出了他的性选择理论。借助于使自己体内的一半基因与雄性个体体内的另一半优质基因进行重组,雌性个体就能够大大提高它们自身的存活机会,这足以弥补有性生殖所带来的双重不利。雌性动物的择偶标准是以雄性动物的质量是否对其子代有利为标准的。两性差异、性比率两性差异、性比率1.雌雄两性的基本差异及生殖投资 雌雄动物在求偶和交配期间存在利益上的冲突和矛盾,雌雄动物在求偶和交配期间存在利益上的冲突和矛盾,两性结合被看成时一种不稳定的联姻,其中每一性都试图最两性结合被看成时一种不稳定的联姻,其中每一性都试图最大限度地传递
11、自己的基因。在配偶的选择、合子的制备、卵大限度地传递自己的基因。在配偶的选择、合子的制备、卵及幼体的抚育等方面需要投入的能量,两性利益往往是不一及幼体的抚育等方面需要投入的能量,两性利益往往是不一致的。因此,现代行为生态学,把两性关系看成是一性对另致的。因此,现代行为生态学,把两性关系看成是一性对另一性的利用关系,而不是两性和谐合作的关系。一性的利用关系,而不是两性和谐合作的关系。两性间的基本差别是配子大小不同的分化和由此而导两性间的基本差别是配子大小不同的分化和由此而导两性间的基本差别是配子大小不同的分化和由此而导两性间的基本差别是配子大小不同的分化和由此而导致的对后代投资大小的不同,将对动
12、物的性行为产生深刻影致的对后代投资大小的不同,将对动物的性行为产生深刻影致的对后代投资大小的不同,将对动物的性行为产生深刻影致的对后代投资大小的不同,将对动物的性行为产生深刻影响。响。响。响。ESS 任何一个种群中无论是雄性个体多任何一个种群中无论是雄性个体多于雌性个体或是雌性个体多于雄性个体,于雌性个体或是雌性个体多于雄性个体,这样的偏离这样的偏离1 11 1性比,性比,在进化上都不是在进化上都不是不稳定对策,即不符合不稳定对策,即不符合ESSESS。自然选择会。自然选择会促使动物所产后代的性比率朝较少性别促使动物所产后代的性比率朝较少性别偏斜。偏斜。既然一个雄性个体能够为很多雌性个体受精,
13、然而,既然一个雄性个体能够为很多雌性个体受精,然而,为什么自然界动物的性比率通常都保持为什么自然界动物的性比率通常都保持11呢?呢?2、1 两性生殖对策 2 2、1 1、1 1 两性差异和亲代投资两性差异和亲代投资 为什么许多动物存在着两性间的巨大差异来获得生殖的成为什么许多动物存在着两性间的巨大差异来获得生殖的成功呢?功呢?大多数的进化生物学家认为,在两性生殖行为差异大多数的进化生物学家认为,在两性生殖行为差异和两性配子大小差异之间存在着相关性。和两性配子大小差异之间存在着相关性。G.Parker G.Parker et alet al (19721972)认为,两种配子以及两性)认为,两种
14、配子以及两性个体的进化是由于歧化选择(个体的进化是由于歧化选择(divergent selectiondivergent selection)的)的作用,这种选择有利于使一些个体善于为其他配子授精作用,这种选择有利于使一些个体善于为其他配子授精或有利于使一些个体产生的配子能够在受精后具有极强或有利于使一些个体产生的配子能够在受精后具有极强的发育力(即为受精后的合子发育提供所需的养分)。的发育力(即为受精后的合子发育提供所需的养分)。没有一种配子能够同时具有这两方面的特性。没有一种配子能够同时具有这两方面的特性。没有一种配子能够同时具有这两方面的特性。没有一种配子能够同时具有这两方面的特性。繁繁
15、殖殖成成功功度度亲代投资(亲代投资(亲代投资(亲代投资(parental investmentparental investment):):):):亲代投资是指亲代靠牺牲再次生育的机会所做亲代投资是指亲代靠牺牲再次生育的机会所做亲代投资是指亲代靠牺牲再次生育的机会所做亲代投资是指亲代靠牺牲再次生育的机会所做的可使更多现存子女发育到成熟期的任何事情。的可使更多现存子女发育到成熟期的任何事情。的可使更多现存子女发育到成熟期的任何事情。的可使更多现存子女发育到成熟期的任何事情。亲代投资的方式多种多样雌性个体所做的投资大而富含营养的卵雄性使卵受精后的投资几乎是零雌性的怀胎、幼子出生后的照料和哺乳等。增
16、加了雌性个体的生理压力更容易遭到捕食动物的捕食雌性个体通过对受精后现存后代的投资(而不是生产更多的配子)能够获得补偿性的适合度收益,因为这种投资将有助于后代发育到生殖年龄并把双亲基因传递到其后的一代。进化意义及适合度2、2 性选择与性二型 在一个雌性个体的投资大而雄性个体不投资的典型物种在一个雌性个体的投资大而雄性个体不投资的典型物种中,雌性个体的生殖成功率将主要受限于它的产卵能力中,雌性个体的生殖成功率将主要受限于它的产卵能力和受精后的亲代投资能力。相反,雄性个体的生殖成功和受精后的亲代投资能力。相反,雄性个体的生殖成功率将主要受限于接近和获得雌性个体的能力。在两性的率将主要受限于接近和获得
17、雌性个体的能力。在两性的潜在生殖力存在差异的情况下,其中一性就会成为另一潜在生殖力存在差异的情况下,其中一性就会成为另一性的追求的稀缺资源。性的追求的稀缺资源。一般来说,雌性个体的潜在生殖率比较低,因为它必须一般来说,雌性个体的潜在生殖率比较低,因为它必须为大配子的生产和卵受精之后的子代发育获取资源,而为大配子的生产和卵受精之后的子代发育获取资源,而资源获取的时间是有限的,结果,在任一特定时间内,资源获取的时间是有限的,结果,在任一特定时间内,有性接收能力的雌性个体总是较性活跃的雄性个体少,有性接收能力的雌性个体总是较性活跃的雄性个体少,这就引起了雄性个体之间的争偶竞争,并为雌性个体主这就引起
18、了雄性个体之间的争偶竞争,并为雌性个体主动选择配偶提供了条件。动选择配偶提供了条件。以上两个过程,即:雄性争偶(以上两个过程,即:雄性争偶(male sexual male sexual competitioncompetition)和雌性选择()和雌性选择(female mate female mate choicechoice)结合起来即为性选择()结合起来即为性选择(sexual sexual selectionselection)的作用创造了条件。)的作用创造了条件。性选择所选择下来的特征通常能提高雄性个体的竞争技能和增加性吸引力,虽然有时这些特征会降低存活机会,但缺能提高交配成功率性
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