⻦类爸妈怎么合作养娃?我们⽤⼤数据研究了⼀下

作者: 何远思

来源: 科学⼤院

发布日期: 2023-11-29 07:06:21

本文通过大数据分析了⻦类在繁殖活动中的分⼯合作模式,发现雌雄在不同繁殖阶段的参与情况存在差异,并揭示了性选择压⼒和婚外配强度是影响亲本哺育模式的主要因素。研究结果表明,这些行为模式表现出较高的进化偶联,提示存在共同的选择压力驱动其演化。

“养娃”从不是⼀件轻松的事,对⻦类来说也是如此。在它们的世界⾥,养娃通常需要先筑巢,有⼀个承载⻦卵的“⼩家”,再耐⼼孵化⻦卵;等⼩⻦出壳后,⽗⺟还需要不断喂⻝、保护,直到⼩⻦⽻翼丰满,成功离巢独⽴⽣存。我们把这个过程称为繁殖活动。

那么,⻦爸爸和⻦妈妈是如何分⼯合作完成“养娃”任务的?之前研究发现,这个问题还挺复杂。在不同的⻦类物种中,雌雄在筑巢、孵卵、喂养雏⻦这⼏个繁殖阶段的参与情况是有差异的,即存在不同的亲本哺育模式。

⽐如在绿拟椋⻦中,从筑巢、孵卵到雏⻦喂养,都由雌性单独完成;澳⼤利亚特有的鸸鹋则全由雄性负责;⽽须苇莺,则是先由雌性单独筑巢,再由双亲共同孵卵并喂养雏⻦。

于是问题出现了,为什么会有这样的差异呢?收集1500多种⻦类的数据,我们验证了⼀种假设。要回答这个问题,我们⾸先需要知道,不同⻦类的雌雄亲⻦在繁殖活动中的参与情况都是如何的?在筑巢、孵卵、喂养后代这⼏个不同的阶段,参与情况都会有差异吗?这种差异是否普遍存在?

在收集分析超过1500种⻦类的数据后,我们发现,雌雄并⾮⼀定全程参与或不参与繁殖活动,⽽且不同物种在不同阶段的表现确实也不尽相同。简单来说,在筑巢阶段,双亲均参与的物种较多;孵化阶段由雌性单独孵化的物种增加,与双亲均参与的物种数量相当;⽽到了雏⻦喂养阶段,⼜以双亲均参与喂养⼯作为主。

从占⽐的变化不难发现,在不同阶段,雌雄亲⻦的参与情况是不⼀样的,原本由雌性单独筑巢的物种,到了孵化阶段,或许就变成了雌雄合作、共同参与繁殖活动。于是,新的问题产⽣了:这种变化存在规律吗?在整个繁殖过程当中,雌⻦与雄⻦是否遵从⼀定的⾏为模式?

对此,我们提出三种假设:“亲本哺育专⼀性假说”、“互相搭配补偿哺育假说”、“随机性参与哺育假说”。

通过梳理不同物种在不同阶段雌雄参与情况的变化、计算其相关性,我们发现,不同阶段的亲本哺育模式存在正向关联,⽐如雌性单独筑巢的物种,孵卵⼯作⼤多也继续由雌性负责完成;双亲均参与筑巢的,⼤多数到孵卵时也由双亲共同负责。这个结果⽀持了第⼀种假说,即雌雄在繁殖过程中的参与情况在⼤多数物种中是持续的,⽽⾮交替或随机参与。

现在我们证实了第⼀种假说,在不同⻦类中,雌雄参与繁殖活动的情况是不⼀样的,⽽且在⼤多数物种中,亲本对繁殖的参与是相对持续的。为什么会出现分⼯呢?养娃为啥这样分⼯,原因竟是“压⼒”。为了找到那个“幕后推⼿”,我们采⽤了系统发育进化偶联分析这种⽅法,也就是看不同物种在各阶段表现的相似度是否和它们在进化上的关系(或者说亲缘关系)有关,这样将有助于我们判断不同的亲本哺育模式是如何演化形成的。

通过计算,我们发现各阶段的亲本哺育模式也具有正的系统发育相关性,也就是说,它们在不同物种中存在相似的演化趋势,有⼀定程度的进化偶联。同时,不同阶段的性别参与差异具有很强的系统发育信号,这意味着进化上关系越紧密的物种,雌雄亲⻦在各阶段的参与情况就越相近。

这样的结果说明,可能存在⼀个共同的演化因素,或者说,存在同⼀⽅向的选择压⼒,驱动着物种⾏为演化,导致不同物种表现出相似的亲本哺育模式。繁殖的⻦⼉⾯临着各种各样的压⼒,⽐如要与同性竞争配偶、要避免被天敌捕⻝等,同时,需要哺育的后代数量、后代发育时⻓等等也会影响亲本的繁殖投⼊。这些与繁殖活动密切相关的因素都有可能是塑造亲本分⼯结果的“选择驱动因⼦”。

为了找到答案,我们选择了性选择强度、婚外配强度、巢捕⻝压⼒、窝卵数和雏⻦发育时⻓等潜在影响因⼦并检验了它们的相对重要性。结果发现,以上压⼒中,只有前⼆者(性选择强度和婚外配强度)对亲本哺育⾏为影响是显著的。⻦类物种中雄性所受到的性选择压⼒越⼤,该物种的亲本哺育就更加倾向于由雌性完成;雄性丧失⽗权的机率越⼤(即较⾼的婚外配发⽣率或婚外配后代⽐例),该物种的亲本哺育也更加倾向于由雌性完成。

所以我们之前所⻅的“分⼯模式”的“背后推⼿”,正是性选择压⼒以及婚外配带来的⽗权不确定性。借助对⼤数据的收集与分析,我们知道了不同⻦类中雌雄个体在各个繁殖阶段的参与程度,也明晰了其分⼯模式,并发现虽然不同性别参与亲本哺育⾏为的差异显著,但这些⾏为表现出较⾼强度的进化偶联,提示其背后存在同⼀⽅向的选择压⼒驱动其演化。

进⼀步研究则揭示,性选择压⼒和⽗权的不确定可能是推动⻦类中亲本哺育“分⼯”多样性产⽣的原因。

相关论⽂于2023年11⽉1⽇在国际知名期刊Nature Communications上发表。但本研究只是⼀个开始,还有更多的疑问等待我们解答:⽐如除了⻦类,其他动物类群是否也有类似的表现?是否还有其他因素(例如成⻦的性别⽐、不同性别的死亡率差异)影响亲⻦在繁殖中的参与情况?

如果有,那这些因素⼜是如何相互作⽤的?此外,⻦类的繁殖也不仅仅是雌雄参与这么简单,在⼀些物种中,还存在合作繁殖的现象。寻找这些问题的答案,将会是我们未来的⽬标。

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