一夫一妻制可能具有基因活动的特征

一夫一妻制可能具有基因活动的特征

基因表达的模式将草原田鼠Microtus ochrogaster与其他一夫一妻制物种联合起来,包括某些青蛙,鱼类和鸟类。

Yva Momatiuk和John Eastcott / Minden Pictures
一夫一妻制可能具有基因活动的特征

在动物世界中,一夫一妻制有一些明确的特权。 成对生活可以使动物在繁殖和保护幼崽的持续斗争中保持稳定和确定性 - 这可能是它在各种物种中独立进化的原因。 现在,对青蛙,啮齿动物,鱼类和鸟类大脑内基因活动的分析表明,一夫一妻制生物可能存在共同的模式。 尽管大脑结构和进化史非常不同,但这些动物似乎都通过打开和关闭一些相同的基因来发展一夫一妻制。

“这是相当令人惊讶的,”哈佛大学进化生物学家Hopi Hoekstra说,他没有参与这项新工作。 “这表明有一种基因组策略可以成为一夫一妻制,而进化论一再重复。”

进化生物学家已经提出了各种 ,其中配偶至少在育种季节配对,以照顾他们的年轻人并保卫他们的领土。 例如,当潜在配偶稀缺或广泛分散时,形成单对键可以确保它们能够继续复制。

德克萨斯大学奥斯汀分校的神经科学家Hans Hofmann和进化生物学家Rebecca Young想要探索当非一夫一妻物种进化成一夫一妻制时,大脑中基因的调节可能会如何变化。 例如,作为能够容忍一个物种的另一个成员存在的能力的复杂基因集合可能存在于非一夫一妻的动物中,但可能以不同的模式被激活以允许在一夫一妻制中长期合作。

霍夫曼说:“我们想在新的实验中大胆 - 也许有点疯狂”。 他和同事们没有在一夫一妻制的两边进行相对直接的密切相关物种之间的遗传比较,而是希望寻找与男性一夫一妻制相关的基因活动特征 - 青蛙,老鼠,田鼠,鸟类。和鱼。 因此,在这些群体中,他们选择了两个物种,一个是一夫一妻制,一个是非一夫一妻制。

围绕这些动物的大脑需要一支国际团队和多年的努力。 罗马尼亚的敌对区域当局和复杂的许可系统面临着他们试图捕获两种本地鸣禽的情况。 霍夫曼穿上潜水装备,投入非洲的坦噶尼喀湖,将手指长的丽鱼鱼追成网。 他说,在一艘摇摆船上精心训练他们是一场斗争。

回到实验室后,研究人员根据序列中的相似性将所有10个物种的大致可比基因分组。 对于这些跨物种基因组中的每一个,他们根据大脑中的细胞将DNA的蛋白质制造指令转录成RNA链来测量活性。

在一夫一妻制的动物中,出现了一种模式。 研究人员发现, 在这些生物中比在非一夫一妻的物种 。 并且他们排除了为什么这些一夫一妻制的动物可能具有相似的基因表达模式的其他原因,包括相似的环境或密切的进化关系。

研究人员今天在“ 美国国家科学院院刊”网络版上报告说,在一夫一妻制中活动增加的基因是参与神经发育,细胞间信号传导,学习和记忆的基因。 他们推测,使大脑更具适应性并且能够更好地记忆的基因也可以帮助动物识别他们的伴侣,并发现他们的存在是有益的。

波特兰俄勒冈健康与科学大学的行为神经科学家克劳迪奥梅洛表示,参与大脑发育和功能的基因将成为一夫一妻制等复杂行为的基础。 但由于研究人员没有剖析特定的大脑区域并独立分析他们的RNA产生,他们无法描述在生殖行为关键区域中基因表达的精细调整模式。 “在我看来,这些基因本身不太可能'解释'这种行为,”他说。

伊利诺伊大学厄巴纳分校的发育遗传学家Lisa Stubbs补充说:“他们有任何共同基因的事实很有意思。” “这是一个极好的数据集和专家分析,”她说,“[但]作者并没有真正发现许多关于一夫一妻制的重要生物学见解。”

这项研究确实出现了一个好奇的异常值。 在大多数一夫一妻制物种中表达减少的一些基因在其中一个中显示出增加的表达 - 毒镖蛙Ranitomeya模仿者 Young指出,在这个物种的进化历史中,父亲在合作育儿进化之前照顾年轻人。 因此,这些青蛙可能与研究中的其他动物有不同的进化起点,后来利用不同的基因成为一夫一妻制。

Hoekstra研究了老鼠一夫一妻制的遗传学,他们看到了“许多令人兴奋的后续步骤。”其他DNA区域可能存在突变,这些突变调节了本研究所确定的基因的表达。 但是,要显示任何特定基因序列和一夫一妻制行为之间的因果关系,还需要做更多的工作。

人们也经常选择一夫一妻制,尽管有一系列复杂的社会和文化原因。 那么,我们是否共享一夫一妻的鸟类,鱼类和青蛙常见的基因活动标志? “我们不知道这一点,”霍夫曼说,“但我们当然会推测这种基因表达模式......也可能[出现]在人类身上。”