Moe zdarzyo ci si kiedy wzi do rki cebul, ktra nie bya ju pierwszej wieoci? Zauwaye moe na niej drobne, biae punkciki wielkoci gwki od szpilki? Moe nawet zastanawiae si, co to za rodzaj pleni? Z pewnoci byo to jednak co innego. Cebula ta staa si planet dla pewnego gatunku roztoczy. Planet, ktra zattnia yciem, seksem i przemoc. Cakiem podobnie jak Ziemia, bo cho w wiat jest o wiele mniejszy, rzdz nim te same prawa ewolucji, ktre pozwalaj przey i rozprzestrzenia geny tylko najsilniejszym i najbardziej podnym osobnikom. Przyjrzyjmy si teraz temu maemu wiatu i yciu, jakie tocz na nim roztocze.
Samiec walczcy (z lewej) i samica (z prawej) w trakcie kopulacji.
Jakkolwiek roztocze s liczn grup zwierzt, osobom nie trudnicym si profesjonalnie biologi kojarz si wycznie z wywoywaniem gronych alergii. Wbrew powszechnemu pogldowi, wikszo gatunkw to zwierzta wolno yjce, nie powodujce adnych przykrych konsekwencji zdrowotnych. Niektre s drapiene, poluj na mniejsze od siebie gatunki, inne prowadz pasoytniczy tryb ycia, wysysajc krew, podobnie jak znani laikom ich bliscy krewni – kleszcze. Te, ktre stay si bohaterami niniejszego tekstu, odywiaj si martw materi organiczn, a yj na cebulkach rolin: narcyzw, hiacyntw, cebuli, czosnku. Std pochodzi ich polska nazwa: rozkruszek hiacyntowy (Rhizoglyphus robini). yjc na cebuli, roztocze ywi si ni, drc korytarzyki w jej miszu, ywi si te grzybami, ktre rozwijaj si na gnijcej materii organicznej. Jak na roztocze, s do due, osigaj wielko okoo 1 mm. W cigu ycia, trwajcego 1−2 miesicy, samica skada kilkaset jaj, z ktrych wylgaj si larwy. Po trzech przeobraeniach i wylinkach powstaje z nich osobnik dorosy. Czasami, kiedy warunki ycia staj si niekorzystne, spada temperatura lub brakuje pokarmu, jedna z form modocianych przeksztaca si w posta przetrwalnikow, tzw. deuteronimf, zwan rwnie z aciska hypopus. Ma ona tward, spaszczon kutikul, odporn na utrat wody i urazy mechaniczne, oraz zredukowany przewd pokarmowy, dziki czemu nie pobiera pokarmu. Jest wietnie przystosowana do tego, by przywiera do ciaa szybko poruszajcych si bezkrgowcw (np. biegaczy) i w ten sposb przebywa due odlegoci w nadziei na odnalezienie lepszego miejsca bytowania – nowej planety nadajcej si do kolonizacji. Kiedy na tak trafi, kontynuuje rozwj, aby sta si zdolnym do rozmnaania osobnikiem dorosym.
Wrd samcw rozkruszka istniej dwa typy, ktre bardzo rni si wygldem i zachowaniem. Jeden z nich, zwany samcem walczcym, posiada silnie zgrubia i ostro zakoczon trzeci par odny, sucych jako specyficzny rodzaj uzbrojenia. Jak redniowieczny rycerz, konkurujcy o rk wybranki, moe za ich pomoc z atwoci przebi rywala. Drugi typ z ksztatu ciaa bardziej przypomina samic. Jest cakiem bezbronny i zwykle przypaca yciem wejcie w drog samcowi walczcemu. Mode samce walczce czsto rywalizuj ze sob na mier i ycie, podczas gdy starsze niechtnie wdaj si w konflikty. W maych koloniach samce walczce mog zabi wszystkich rywali i dziki temu uzyska wyczny dostp do samic, podczas gdy w duych zawsze mona trafi na przeciwnika lepszego od siebie. Tutaj przewag miayby samce niewalczce, ktre prawdopodobnie przypominaj samice nie tylko z ksztatu ciaa, lecz rwnie ze skadu feromonw, co przekada si na zapach, i czsto nie s postrzegane przez samce walczce jako potencjalni rywale. Maskujc si w tak wymylny sposb, mog atwo zakra si do samic i zapodni je. W kwestii powstania i utrzymywania si owych dwch form samcw cigle wicej jest pyta ni odpowiedzi, cho polimorfizm samcw (czyli rnorodno) jest do czstym zjawiskiem u rnych gatunkw zwierzt.
Typowy obraz, jaki mona zobaczy pod mikroskopem w czasie pracy eksperymentalnej z roztoczami. Kolonia skadajca si z osobnikw dorosych i osobnikw w stadium nimfy. Najciekawsze jest oczywicie ycie intymne rozkruszka hiacyntowego. Roztocze te s silnie promiskuityczne – w obrbie populacji kady osobnik kojarzy si z pci przeciwn w sposb losowy. Tak nam si przynajmniej wydaje, nie jest jednak wykluczone, e zwierzta te wybieraj partnera wedug wasnych kryteriw. Samce maj godn pozazdroszczenia zdolno do kopulacji, mog kojarzy si nawet co godzin, a samice rwnie nie zachowuj si powcigliwie, co jest dla naukowcw zastanawiajce z jednej prostej przyczyny: samce produkuj liczne i stosunkowo mao kosztowne plemniki – dlatego kopulacja z wieloma samicami drastycznie podwysza ich sukces reprodukcyjny. Natomiast jajeczka skadane przez samice s due w stosunku do wielkoci ich ciaa i znacznie bardziej kosztowne w produkcji, gdy zwykle zaopatrzone s w du ilo substancji zapasowych. Samica wytwarza ich ograniczon ilo – do zapodnienia z nadmiarem wystarczy pojedyncza kopulacja. Kolejne wi si dla samicy z ryzykiem. atwiej bowiem zosta zauwaonym i poartym przez drapienika w momencie kopulacji – zczona para osobnikw jest mniej mobilna i atwiejsza do zauwaenia. Przez kojarzenia z wieloma samcami mona nabawi si licznych chorb i pasoytw. U wielu gatunkw pyny nasienne przekazywane wraz z nasieniem s dla samic szkodliwe. Na koniec pytanie – dlaczego traci czas i energi na kopulacj, ktra nic nie zmieni w sukcesie reprodukcyjnym samicy, zamiast zaj si spokojnym erowaniem i odkadaniem substancji zapasowych na zoenie kolejnego pakietu jaj?
Gatunkw, w ktrych samice kojarz si z kilkoma samcami, jest bardzo wiele, a biolodzy zdyli wymyli rwnie pokan liczb hipotez tumaczcych te dziwne z punktu widzenia ewolucji zachowania. Wedug jednych, samice mogyby si w ten sposb zabezpiecza przed bezpodnoci jednego z partnerw, wedug innych, mgby to by sposb na zwikszenie zmiennoci genetycznej wrd potomstwa. W zmiennym rodowisku nigdy nie wiadomo, co okae si lepsze w przyszym pokoleniu: osobniki due czy mae, samce walczce czy niewalczce? Moe wic warto zabezpieczy si przed tym, co nieprzewidywalne i mie rnorodne potomstwo? Chocia warunki si zmieni, zawsze jaka cz lgu przeyje.
Liczni partnerzy pciowi mog by rwnie sposobem na uniknicie niekorzystnych skutkw kojarzenia si w bliskim pokrewiestwie. Dla zwierzt, ktre nie potrafi rozpoznawa stopnia spokrewnienia midzy osobnikami, mogoby to by praktycznym rozwizaniem.
Na styku seksu i przemocy pojawia si zjawisko wojen plemnikw. Ejakulaty pochodzce od rnych samcw konkuruj ze sob o zapodnienie jaj w drogach rodnych samicy. Mechanizmy tego wspzawodnictwa mog by rne u rnych gatunkw – niektre produkuj plemniki kamikadze, niszczce plemniki rywala, inne cz w agregaty kilkaset plemnikw. Plemniki cigajce si w takim zespole mog by szybsze od konkurencji. Innym sprytnym sposobem jest pozbycie si nasienia rywali. Pewn rol mog odgrywa tu pyny nasienne, wypukujce plemniki poprzednikw z drg rodnych samicy bd unieszkodliwiajce je. Niektre gatunki wynalazy biologiczne pasy cnoty, czyli czopowanie drg rodnych partnerki, aby uniemoliwi jej kolejne kopulacje. Inne mog fizycznie uszkodzi partnerk, tak by kojarzenie si z kolejnym samcem stao si dla niej niebezpieczne. Wszystkie te mechanizmy su temu, aby wygra wielki wycig plemnikw i zapewni sobie jak najwikszy udzia w potomstwie samic, z ktrymi udao si kopulowa. Jeeli genetycznie lepsze samce posiadaj lepiej konkurujce plemniki bd bardziej agresywne metody zapewniajce przewag, to kojarzenie si z wieloma samcami powinno poprawia genetyczn jako potomstwa samicy. Hipoteza ta zwana jest hipotez dobrych genw.
Wedug innej, zakadajcej i konkurencyjno plemnikw jest odziedziczana – czyli ma podoe genetyczne – samice kojarzce si z wieloma samcami powinny mie synw o wyszej konkurencyjnoci plemnikw ni rednio kady z jej partnerw (pamitajmy, e najbardziej konkurencyjny samiec zapadnia wikszo jaj danej samicy).
Dwa samce walczce w czasie pojedynku, ktry niewtpliwie rozstrzygnie o ich dalszym losie.
Wikszo moich dotychczasowych bada nad reguami rzdzcymi wiatem roztoczy skupiaa si wanie na wielokrotnych kojarzeniach samic. Dlaczego utrzymuj si one w cebulowych spoecznociach? Jakie mog przynosi korzyci niewiernym samicom? Zapewne s to korzyci genetyczne, bo wielokrotne kopulacje szkodz – rozwize samice skadaj w cigu ycia mniej jaj ni te przetrzymywane w cisej monogamii. Jeli maj mniej potomstwa ni konkurentki, musi to by potomstwo jakociowo lepsze, i to na tyle, by wygra ewolucyjny wycig.
Istniej te hipotezy zakadajce, e wielokrotne kopulacje s dla samic szkodliwe i nie przynosz im adnego zysku. Unikanie ich mogoby jednak kosztowa samic wicej czasu i zachodu, a moe te samice unikaj w ten sposb potencjalnego zranienia bd zabicia przez samce.
Aby przekona si, ktre z tych hipotez mog by prawdziwe w przypadku rozkruszka, przeprowadziam seri eksperymentw. W tym miejscu pragn zaznaczy, e nasza grupa badawcza jest jedyn grup na wiecie zajmujc si doborem pciowym u Rhizoglyphus robini.
Pierwszy z eksperymentw, jakie przeprowadziam na roztoczach hodowanych w laboratorium, pokaza, e samice, ktre kojarzyy si z wieloma samcami, miay bardziej podne crki ni samice hodowane w cisej monogamii. Liczba partnerw matki nie wpywaa natomiast na podno synw ani na dugo ycia potomstwa obu pci.
Synowie rozwizych samic nie byli te lepsi w konkurencji plemnikw ni synowie „wiernych” on, cho cecha ta jest odziedziczana, czyli determinowana genetycznie i przekazywana z ojca na syna, dziki czemu moemy selekcjonowa samce roztoczy, ktre radz sobie lepiej w wojnach plemnikw.
Najwikszym naszym odkryciem byo znalezienie genu, ktry ma wpyw na konkurencyjno plemnikw. Jak to zwykle bywa z wielkimi odkryciami, stao si to przez przypadek. Podczas poszukiwania markerw genetycznych do oznaczenia ojcostwa okazao si, e samce bdce nosicielami jednej z form enzymu – dehydrogenazy fosfoglukonianowej (PGDH) – zapadniaj zawsze wiksz frakcj jaj ni ich konkurenci posiadajcy alternatywn form tego samego enzymu. Zmienno w obrbie tego genu istnieje tylko w naturze. Po przeniesieniu roztoczy do laboratorium, zgodnie z zasadami teorii ewolucji „zwycizcy zgarniaj wszystko”, forma mniej konkurencyjna znika z populacji, ktra tym samym traci cz zmiennoci. Dlaczego tak si dzieje?
Okazuje si, e samce, ktre posiadaj gen na nisk konkurencyjno, mniej szkodz samicom ni ich konkurencyjni rywale. Ich partnerki yj duej i skadaj wicej jaj. W warunkach cisej monogamii opaca si by nosicielem mniej konkurencyjnego i mniej szkodliwego dla samic genu. W warunkach poligamii sumarycznie wicej potomstwa bd miay samce bardziej konkurencyjne, gdy kojarzy si bd z wieloma partnerkami i cho kadej z nich troch zaszkodz, to w rachunku zyskw i strat i tak bd na plusie. W rezultacie bd powoli, ale skutecznie wypiera z populacji rywali.
W chwili, gdy udao si rozwiza jeden problem, rodz si nastpne pytania. Nie podejrzewamy bowiem, aby populacje naturalne byy monogamiczne. Jak wic to si dzieje, e gen nie znika z populacji naturalnych? Moe ich nosiciele radz sobie lepiej w warunkach braku pokarmu? Moe atwiej rozprzestrzeniaj si z cebuli na cebul? Moe zdobywaj przewag liczebn w chwili, gdy populacja jest maa, a nastpnie migruj dalej? A moe istnieje jeszcze inne wytumaczenie? Nie wiemy te, w jaki sposb dehydrogenaza fosfoglukonianowa mogaby determinowa konkurencyjno plemnikw. By moe dziedziczy si razem z innym genem, ktry na t cech wpywa? Zapewne kiedy znajdziemy na nie odpowiedzi. A wtedy zrodz si kolejne pytania.