forskningsnyheter

fördelarna med sexuell reproduktion ligger i försvar mot parasiter

Indiana University graduate student beskriver forskning som studerar populationer av Nya Zeeland sötvatten sniglar som reproducerar antingen sexuellt eller asexuellt för att avgöra om sexuell reproduktion erbjuder fördelar i parasitrika miljöer

dabbling ankor foder i den grunda regionen av Lake Alexandrina, Nya Zeeland.,

  • kredit och större Version
  • visa ytterligare Multimedia

28 oktober 2009

sedan Darwins tid har biologer försökt förstå fördelarna med sexuell reproduktion. Detta är inte trivialt eftersom det finns tydliga nackdelar med sex.

Till skillnad från sexuella organismer behöver asexuals inte en partner att reproducera, de kan reproducera klonalt och de kan producera dubbelt så många kvinnliga avkommor., Om det inte fanns några fördelar med sex, och om både sexuella och asexuella individer konkurrerade om resurser, skulle asexuals ta över i bara några generationer.

trots detta reproducerar de flesta eukaryotiska organismer sexuellt, och det stora mysteriet är att blandade sexuella asexuella populationer förekommer i naturen.

i över 20 år har denna gåta utforskats av min rådgivare, Curtis Lively vid Indiana University och hans studenter och kollegor. Vårt labb har funnit stöd för en hypotes att sex är fördelaktigt i parasitrika miljöer.,

den röda Drottninghypotesen

den röda Drottninghypotesen föreslår att virulenta parasiter anpassar sig för att infektera genetiskt vanliga värdar, vilket förhindrar att asexuals blir för rikliga (vanligt är dåligt). Sex producerar genetiskt unika individer som kan undvika infektion (sällsynt är bra), och gynnas därmed av naturligt urval.

hypotesen är uppkallad efter en passage i Lewis Carrolls ”Through the Looking Glass”. Den röda drottningen och Alice springer över kullar och dalar, men förblir alltid på samma plats., På samma sätt, enligt hypotesen, är genetisk förändring i en population nödvändig för att upprätthålla status quo. Frekvenser av asexuella värdar ökar (kullar) och minskar (dalar) som svar på parasitanpassning, medan sexuella värdar kan undvika dessa koevolutionära upp-och nedgångar.

i slutändan förhindrar dessa dynamik över generationer ett asexuellt övertagande och bibehåller samexistensen av asexuella och sexuella.,

anpassning av lokala parasiter

Potamopyrgus antipodarum är en nyzeeländsk sötvatten snigel som reproducerar antingen sexuellt eller klonalt, och växlar inte lägen under sin livstid. Som befolkning kan sniglarna vara asexuella eller blandningar av asexuella och sexuella individer.

1987, samtidigt som man jämför blandade snigelpopulationer med helt asexuella populationer, fann Lively att den förra var mer infekterad av en steriliserande maskparasit., Detta var den första antydan att en hög grad av parasitinfektion i snigelpopulationen främjar samexistensen av sexuella och asexuella populationer.

sedan dess har flera experiment visat att dessa parasiter bättre kan infektera sniglar från samma sjö än från olika sjöar. Detta tyder på att parasiter är anpassade för att bättre infektera sniglar endast i den lokala blandade befolkningen, en förutsägelse av den röda Drottningshypotesen.,

föreningen mellan parasit anpassning och sexuell reproduktion i sniglar led Livliga, våra samarbetspartners, Lynda Delph och Jukka Jokela, och mig för att undersöka ett sådant mönster inom Alexandrina och Kaniere sjöar i Nya Zeeland.

i varje sjö är sexuella sniglar och parasiter vanliga i grunda vattenmarginaler, och djupa livsmiljöer (mer än fyra meters djup) domineras av oinfekterade asexuella. Vi hypoteser att sexuals hade en fördel jämfört med asexuals i grunt vatten på grund av coevolving parasiter, men inte i djupet där parasiter är frånvarande.,

en alternativ förklaring är dock att de grunda vatten sniglarna är mottagliga, i allmänhet. Vi var tvungna att avgöra om grunda vatten sniglar var mottagliga speciellt för lokala, samma sjöparasiter eller för alla parasiter, oavsett plats. Den röda drottningen skulle förutsäga den förra eftersom de lokala parasiterna skulle ha den bästa möjligheten att coevolve med sniglarna.

parasiter är rikliga i grunt vatten på grund av ankornas födosökande beteende., Parasitlarver måste intas av ankor för att slutföra parasiternas livscykel (ankor äter oavsiktligt de infekterade sniglarna). Ankor föder inte i djupa livsmiljöer, så parasiter kan bara slutföra sin livscykel i grunda livsmiljöer. Det verkar som om det finns mer urval av sniglarna och parasiterna i det grunda eftersom sniglarna och parasiterna sällan möter varandra i djupet.

vår experimentella design var enkel: ta grunda och djupa vatten sniglar och exponera dem för parasiter som samlats in från samma sjöar och från olika sjöar. Vi hittade två intressanta resultat.,

För det första var grunda vattensniglar mer infekterade av samma sjöparasiter än vad som var djupvattensniglar, vilket tyder på att parasiter endast coevolve med sniglar i de grunda livsmiljöerna. Djupt vatten sniglar deltar inte i de koevolutionära interaktionerna bara några meter bort.

För det andra var varken grunda eller djupa vatten sniglar mottagliga för olika sjöparasiter. Därför kan endast lokala (dvs coevolving) parasiter, och inte parasiter från var som helst, infektera grunda sniglar.,

vanligt är dåligt, sällsynt är bra

från vårt experiment fann vi stöd för den röda Drottninghypotesen och demonstrerade dess tillämpning på små rumsliga skalor i naturen. Vi visade att parasiter är anpassade till snigelpopulationerna där sexuella och asexuella samexisterar i grunt vatten.

i en relaterad studie visade Lively och Jokela att som parasiter anpassar sig för att infektera asexuella sniglar i det grunda vattnet, gynnar de verkligen sex, vilket förutspåddes av Red Queen-hypotesen. Sniglar som var genetiskt vanliga och mycket infekterade av parasiter var sällsynta., Sniglar som var genetiskt Ovanliga och tidigare resistenta mot parasiter blev vanliga och infekterade. Hela tiden fortsatte sexuella sniglar i det grunda vattnet. Detta var första gången någon visade att Red Queen dynamics upprätthöll sexuell reproduktion.

trots kostnaderna för sexuell reproduktion verkar det ha användning mot parasiter. Sexuella organismer är genetiskt sällsynta, och följaktligen kan parasiter inte anpassa sig till dem., Bevis från Nya Zeelands sniglar visar att parasitanpassning för att infektera vanliga asexuella individer förhindrar asexuella från att eliminera sexuella från befolkningen.

Mer forskning i andra organismer med båda reproduktiva lägen skulle i hög grad gynna vår förståelse av fördelarna med kön och dynamiken bakom asexuell-sexuell samexistens.

För mer, se Indiana University pressmeddelande.

— Kayla King, Indiana University, [email protected]

detta bakom kulisserna artikeln lämnades till LiveScience i samarbete med National Science Foundation.,

  • Indiana University graduate student Kayla King dissekerar sniglar under mikroskopet.
    kredit och större Version

  • Curtis Lively och Jukka Jokela dyka för att samla sniglar i sjön Alexandrina, Nya Zeeland.
    kredit och större Version

  • visas är en infekterad snigel (topp) och en oinfekterad snigel (botten) bort från sina skal.,
    kredit och större Version

utredare
Kayla King
Curtis Lively
Lynda Delph
Jukka Jokela

relaterade institutioner/organisationer
Indiana University
Eawag/ETH-Zurich

platser
Indiana
Nya Zeeland

relaterade program
befolkning och samhällsekologi
långsiktig forskning i världen
miljöbiologi

relaterade utmärkelser
#0640639 Ltreb: en långsiktig studie av värdparasitinteraktioner

totala bidrag
$424,937