两性斗争能引发适应性的性别差异

Science：让时间倒流，研究性别差异的进化过程

性别差异形成了自然界一些最奇妙的现象，而科学家发现两性斗争能引发适应性的性别差异。该研究团队重现了水黾触须的进化过程，并衡量了其功能实用性的增强。该研究发表在5月4日的Science杂志上。

　　

生物通报道：性别差异形成了自然界一些最奇妙的现象：雄性古比鱼充满野性的颜色、孔雀的美丽羽毛、海象长长的獠牙以及麋鹿的巨大鹿角。两性斗争Sexual conflict即交配时雄性与雌性之间的战争，被认为是使雄性和雌性进化出不同特征的强大动力。

然而，人们还不清楚产生这些性别特征的遗传学过程，以及它们是怎样从简单的原始形态进化而来的。我们倾向于假定进化过程中的每一小步都是一个优势积累。但事实是否果真如此呢？

为了研究这一过程，由多伦多大学生态与进化生物学院的Locke Rowe及麦吉尔大学生物系的Ehab Abouheif领导的研究团队，找到了一个能使进化的时间倒流的方法。该方法能重现这种逐步累积的进化过程，用以观察水黾的简单触须antennae如何转化为更复杂的形态。雄性水黾在交配过程中使用触须抓住雌性水黾。研究者能在触须复杂化的过程中，衡量这一功能实用性的增加。该研究题为：“Function, developmental genetics, and fitness consequences of a sexually antagonistic trait”，发表在5月4日的Science杂志上。

水黾（Rheumatobates rileyi）的性别斗争是交配时在水面上进行的，易于观察。雄性会在频繁的交配中得益，而雌性则倾向于不那么频繁的交配：它们都相应进化出对自己有利的特征。

“在进化过程中，这些性别特征就像一场逐步升温的军备竞赛，”Rowe说。

水黾两性间的一个关键性差异是，雄性水黾的触须从一个典型的感知器官进化为大而复杂的抓握器官。

使用高速摄影技术high-speed video来观察交配过程，研究者发现雄性水黾触须上的各种结构（钩状、增大片段enlarged segment和尖刺）都是精确的进化来抓住雌性的。随后他们检测了雄性触须生长过程中（恰好在成熟前）所表达的基因。了解这些基因就有机会调节它的表达，从而调节雄性触须的表型。研究者发现了一个这样的基因dll，并通过RNAi降低这个基因的表达。

“这样我们得以培养一系列的雄性水黾，拥有从简单的雌性化触须，到如今高度复杂带有钩状和其他抓握部件的触须”Abouheif说。

研究人员随后观察了一系列这样的雄性水黾来研究他们抓住雌性的能力。他们发现随着触须变得越复杂，交配成功率也增加了。“这说明交配时的斗争很可能造成这些触须复杂化的原因，”Rowe说。

这项研究的特别之处在于，将遗传学模式系统作为工具带到了自然界系统中。而在自然界系统系统中，自然选择压力在形态学特征形成过程中的作用大多已知。这是一项少有的研究（类似的有Darwin's finches），它描述了已知的自然选择压力、进化改变形态学及其潜在遗传学基础之间的直接联系。

（生物通编辑：叶予)

生物通推荐原文摘要：

Function, Developmental Genetics, and Fitness Consequences of a Sexually Antagonistic Trait

Sexual conflict is thought to be a potent force driving the evolution of sexually dimorphic traits. In the water strider Rheumatobates rileyi, we show that elaborated traits on male antennae function to grasp resistant females during premating struggles. Using RNA interference, we uncovered novel roles of the gene distal-less (dll) in generating these male-specific traits. Furthermore, graded reduction of the grasping traits resulted in a graded reduction of mating success in males, thus demonstrating both selection for elaboration of the traits and the role of dll in their evolution. By establishing developmental genetic tools in model systems where sexual selection and conflict are understood, we can begin to reveal how selection can exploit ancient developmental genes to enable the evolution of sexually dimorphic traits.