综述:近亲交配耐受性预测脊椎动物中社会性诱导不育的机制

《Trends in Ecology & Evolution》:Inbreeding tolerance predicts mechanisms of socially induced infertility in vertebrates

【字体: 时间:2026年08月11日 来源:Trends in Ecology & Evolution 17.9

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  在合作繁殖(cooperative breeding)物种中,具有繁殖能力的个体常常放弃繁殖以帮助其他个体。这种社会性诱导不育(socially induced infertility)通常被视为合作繁殖的后果,但其机制的显著多样性仍未得到解释。研究人员提出,

  
在合作繁殖(cooperative breeding)物种中,具有繁殖能力的个体常常放弃繁殖以帮助其他个体。这种社会性诱导不育(socially induced infertility)通常被视为合作繁殖的后果,但其机制的显著多样性仍未得到解释。研究人员提出,合作生活不可避免地增加了亲属间繁殖的机会,从而选择生殖抑制(reproductive suppression)来调节近亲交配和生殖冲突的成本。物种特异性的近亲交配耐受性(inbreeding tolerance)差异随后决定了抑制如何演化。在近亲交配耐受性高的情况下,群体内生殖冲突的增加有利于对下丘脑-垂体-性腺轴(hypothalamic–pituitary–gonadal axis, HPG轴)的强烈生理抑制,以维持社会凝聚力。在近亲交配耐受性低的情况下,行为机制调节繁殖,同时保持繁殖能力。这一框架解释了机制多样性,并产生了跨合作脊椎动物的可检验预测。
社会性诱导不育的演化悖论(The evolutionary paradox of socially induced infertility):自然选择最终最大化个体基因的持久性,虽然寿命和生存有助于这种持久性,但繁殖仍然是基因传递的主要途径,因此是演化适应性的基本货币。减少或阻止繁殖的特征似乎与演化理论的核心预测相矛盾。在合作繁殖脊椎动物中,社会性诱导不育(socially induced infertility)提出了一个显著的演化悖论,许多健康且有繁殖能力的个体长期保持不育,有时甚至终身不育,同时大量投资于帮助其他个体繁殖。这种现象被称为生殖抑制(reproductive suppression),挑战了早期演化思想家。许多假说解释了合作繁殖的演化以及抑制如何促进其维持,包括亲缘选择、生态约束、生殖偏斜模型等,但这些解释了为什么延迟繁殖可以增加包容性适应度并稳定合作社会,却留下了一个更基本的问题:如果抑制在合作脊椎动物中具有相同的终极功能,为什么其机制差异如此巨大?在一些物种中,繁殖通过深刻的生理抑制被阻止,包括下丘脑-垂体-性腺轴(HPG axis)的慢性抑制、排卵或精子发生的抑制,以及内分泌变化,有效消除了某些成年群体成员(下属)的繁殖能力。在另一些物种中,下属保持生理可育,繁殖通过行为抑制机制如乱伦回避、生殖克制、驱逐或社会监督来调节。这些对比策略无法完全由现有演化理论解释,表明相似的选择压力产生了根本不同的机制解决方案。

近亲交配耐受性作为生殖抑制缺失的演化驱动因素(Inbreeding tolerance as a missing evolutionary driver of reproductive suppression):合作生活从根本上改变了繁殖发生的遗传环境,社会群体通常由近亲组成,扩散常常延迟,亲缘之间跨代重复互动,因此亲属间繁殖的机会变得不可避免。无论合作如何演化,亲缘之间的长期关联创造了一个可预测的演化问题:当潜在配偶也是近亲时,繁殖是否应该被调节,如果是,如何调节?历史上,自然选择被认为应有利于近亲交配(乱伦)回避,因为近交衰退降低了后代适应度,行为机制如扩散、配偶选择和乱伦回避被认为是主要解决方案。然而,许多合作脊椎动物并不一致地避免与亲属繁殖,物种在近亲交配倾向和近交衰退的严重程度上存在显著差异。研究人员认为,这种近亲交配耐受性(inbreeding tolerance)的变异在很大程度上被忽视了,并且从根本上改变了作用于抑制的选择压力。近亲交配耐受性的差异有助于确定哪些抑制机制会演化:在耐受性高的物种中,亲属间群体内生殖冲突的概率增加,强大而持久的生育抑制提供了防止乱伦和限制生殖竞争的可靠机制,最显著的是通过生理抑制;在耐受性低的物种中,强烈的生理抑制将是适应不良的,选择应有利于行为形式的抑制,通过社会机制如乱伦回避、配偶选择、优势互动或生殖干扰来调节繁殖,而HPG轴保持功能完整并能够激活。这一假说并非简单地因为动物社会性生活而演化出抑制,而是将生态约束、优势、亲缘选择和生殖偏斜统一在一个共同演化路径中。

单一科内分化的生殖抑制策略:来自非洲鼹鼠的启示(Divergent reproductive suppression strategies within a single family: lessons from African mole-rats):非洲鼹鼠科(Bathyergidae)为评估提出的演化框架提供了独特而强大的系统,近缘物种和亚种从独居到真社会性生活呈现连续体,在扩散机会和交配系统上存在深刻差异,在近亲交配耐受性上也存在差异。这些耐受性差异与抑制形式和严重程度的显著变异相对应,所有合作繁殖的鼹鼠科物种都有一个占主导地位的繁殖雌性(女王)和一个通常垄断繁殖的繁殖雄性,而其他所有成年群体成员(下属)协助群体任务并保持生殖不活跃,通常在其原始群体内从未产生后代。裸鼹鼠(Heterocephalus glaber)表现出极高的近亲交配耐受性,下属两性都表现出终身的生殖激活缺失,与高水平的催乳素(prolactin)相关;高海拔鼹鼠(Cryptomys hottentotus pretoriae)也表现出较高耐受性,两性都有强烈的生理抑制;达马拉兰鼹鼠(Fukomys damarensis)和马哈利鼹鼠(Cryptomys hottentotus mahali)表现出中间策略,雌性有强烈的生理抑制,而雄性保持生殖能力但行为受限;纳塔尔鼹鼠(Cryptomys hottentotus natalensis)和普通鼹鼠(Cryptomys hottentotus hottentotus)几乎没有近亲交配耐受性,繁殖主要通过行为机制调节。总体而言,来自鼹鼠科的证据支持一个统一的演化框架,其中抑制的变异主要响应物种特异性的近亲交配耐受性而演化,而不是生态约束或优势等级的直接副产品。

超越非洲鼹鼠科:近亲交配调节的趋同机制(Beyond bathyergids: convergent mechanisms for inbreeding regulation):在非洲鼹鼠中观察到的模式扩展到整个脊椎动物,尽管比较数据有限,但现有证据支持一个连续体,其中近亲交配耐受性的变异与抑制形式和强度的差异大致一致。在合作繁殖哺乳动物中,狨猴科(Callitrichidae)中近缘物种在近亲交配耐受性和抑制机制上存在显著差异:普通狨猴(Callithrix jacchus)中繁殖由优势雌性垄断,下属雌性通过HPG轴抑制表现出强烈的排卵生理抑制,与中等水平的近亲交配耐受性共存;金狮狨(Leontopithecus rosalia)表现出低近亲交配耐受性和明显近交衰退,抑制主要是行为性的。开普地松鼠(Xerus inauris)中近亲交配罕见,繁殖主要通过行为机制调节。猫鼬(Suricata suricatta)表现出较强的生殖偏斜,通过行为控制和生理下调共同维持。獴科(Herpestidae)中,矮獴(Helogale parvula)表现出较高的近亲交配耐受性和较强的生理抑制迹象,而带状獴(Mungos mungo)尽管有大量近亲交配,但缺乏强生理抑制的证据。在鸟类中,白眉雀织布鸟(Plocepasser mahali)是近亲交配耐受性与生理抑制相关的例子,涉及下属催乳素水平升高;斑鱼狗(Ceryle rudis)繁殖主要通过行为机制调节。在鱼类中,合作繁殖的丽鱼科鱼类如Neolamprologus pulcher显示出生理抑制证据。这些系统表明,在脊椎动物中,抑制从乱伦被容忍的物种中的主要生理机制(涉及催乳素水平升高)到乱伦不被容忍的物种中的更灵活的行为调节。

结论与未来展望(Concluding remarks and future perspectives):社会性诱导不育长期以来是演化生物学中的一个核心悖论,但其演化驱动因素和机制多样性仍未得到解释。通过将近亲交配耐受性(inbreeding tolerance)确定为主要选择力量,研究人员提供了一个统一框架,不仅调和了这一悖论,还产生了关于抑制何时以及如何演化的清晰、可检验的预测。这一观点将领域从描述性的优势和生态学描述转向对社交系统中生殖调节的预测性、机制性理解,并将行为、生理和遗传结构整合到一个单一演化轴上,提供了一个适用于所有脊椎动物的可推广模型。通过将不育重新定位为一种适应性的、受调节的特征,这一框架为比较、内分泌和基因组研究开辟了新途径,并为解决关于近亲交配、冲突、合作和复杂社会演化的更广泛问题提供了基础。

未解决的问题(Outstanding questions):文章提出了一系列未解决的问题,包括该框架是否扩展到无脊椎动物,近亲交配耐受性如何演化,社会系统和生态条件如何共同决定生殖抑制的形式和灵活性,社会互动如何转化为神经内分泌控制,个体如何检测和整合社会信息以调节生殖生理,性别特异性路径和生活史权衡如何塑造抑制系统,近亲交配耐受性是在生殖抑制机制之前演化还是反之,近亲交配耐受性的演化是否是稳定合作繁殖的先决条件,能否开发标准化的定量框架来定义和比较不同分类群的近亲交配和近亲交配耐受性水平,哪些行为、遗传和人口统计学标准最好地区分近亲交配回避和耐受性,这些状态是离散策略还是连续体上的点,以及哪些神经内分泌和内分泌途径介导了合作脊椎动物的生殖抑制,是否存在保守的调节机制。
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