Dlaczego mężczyzn i kobiet jest tyle samo? Czy większość samców jest bezużyteczna?

Obraz “American Gothic” Granta Wooda

Właściwie dlaczego u ludzi (i wielu innych zwierząt) podział płci wynosi 50% do 50%, skoro bardziej oszczędnie dla gatunku byłoby “wyprodukować” wiele samic i nielicznych samców? Czy większość samców jest bezużyteczna?

Czy obie płcie są sobie równe? Cóż, z perspektywy ewolucji możemy stwierdzić co najmniej jeden pewnik: zazwyczaj są sobie równe pod względem liczebności. Ale w zasadzie dlaczego? Czy zastanawialiście się, dlaczego liczba kobiet i mężczyzn, łani i byków, odyńców i loch jest zawsze równa? Oczywiście – każdy z nas uczył się w szkole, że to kwestia chromosomów. U ssaków chromosomy płci oznaczane są jako X lub Y. Jeśli w biologicznej loterii otrzymałeś chromosomy XY – jesteś mężczyzną. Jeśli natomiast w spadku po rodzicach przypadły ci dwa iksy – jesteś kobietą. Takie to proste? Ale dlaczego tak jest?

Jelenie na straty

Zastanówmy się. Z punktu widzenia ewolucji liczy się tylko jedno: przekazanie swoich genów kolejnym pokoleniom, które będą na tyle dobrze przystosowane, by również się rozmnożyć. Ale przecież nie każdy osobnik będzie w stanie tego dokonać. Za przykład niech posłuży nam nasz polski jeleń. Jesienią u tego gatunku zwierząt odbywa się tak zwane rykowisko – samce zmagają się ze sobą, a ten, który okaże się lepszy od przeciwników zyskuje prawo do rozmnażania się [1]. W efekcie mamy do czynienia z sytuacją, w której na jednego rozmnażającego się samca przypada – powiedzmy – dziesięć rozmnażających się samic (przyjmijmy tę liczbę tylko na potrzeby naszych rozważań). A zatem, w naszym hipotetycznym stadzie 10% wszystkich samców rozmnaża się ze 100% samic. Jeśli wszystko dobrze pójdzie, w tym stadzie urodzi się dziesięcioro cieląt (czyli młodych jeleni) i wszystkie będą potomkami jednego byka.

Ale co się dzieje z pozostałymi 90% samców jeleni – z tymi, które przegrały zmagania podczas rykowiska? Te samce zużywają zasoby całej populacji, a jednocześnie nie przyczyniają się do przekazywania genów kolejny pokoleniom, czyli z perspektywy ewolucji (podkreślam – z perspektywy ewolucji!) są bezużyteczne. A zatem „nadmiar” samców jest rozwiązaniem niepraktycznym dla całego gatunku. Najbardziej efektywnym rozwiązaniem byłyby więc populacje składające się z relatywnie dużej liczby samic i relatywnie niewielkiej liczby samców (na przykład, w stosunku 9:1). Gdyby bowiem odwrócić tę relację i stworzyć hipotetyczne stado składające się z dziewięciu samców i jednej samicy, liczba potomstwa w danym cyklu rozrodczym mogłaby wynosić zaledwie jeden.

Sceny z życia minionków

No dobrze – powiecie – ale nie każde zwierzę to jeleń, prawda? Przedstawiciele poszczególnych gatunków wykazują bardzo różnorodne strategie rozrodcze. Część z nich jest poligamiczna, część poliandryczna; część opiekuje się swoim potomstwem, a część porzuca je na pastwę losu; część par pozostaje sobie wierna przez całe życie (a przynajmniej przez kilka cykli rozrodczych), a część współżyje z wieloma partnerami [2, 3, 4]. No właśnie. I mimo tak różnorodnych strategii, niemal u wszystkich gatunków rozkład przedstawicieli obojga płci wynosi 1:1 [5]. Dlaczego?

Przyjmijmy, że w jakiejś populacji (niech to będzie populacja zwierząt, które nazwiemy minionkami) występuje potencjalnie korzystny rozkład płci, czyli na każdego samca przypada dziewięć samic. Oznacza to, że w danym cyklu rozrodczym każdy pan minionek będzie kopulował z dziewięcioma paniami. Przyjmijmy, że z każdego takiego spółkowania uzyskamy dwójkę potomstwa (razem 18 małych minionków w tym cyklu rozrodczym). Ponieważ w tej populacji stosunek samców do samic wynosi 1:9, wśród potomków będą tylko 2 samce i aż 16 samic. Jednocześnie, oznacza to, że w tym pokoleniu każdy samiec przekazuje swoje geny aż 18 potomkom, zaś każda z samic ma jedynie po 2 potomków, czyli przekazuje geny jedynie dwojgu dzieci (a zatem, z perspektywy ewolucji – odnosi znacznie mniejszą korzyść). Ponieważ samce minionków odnoszą teraz większy sukces ewolucyjny, rodzice, którzy wydali na świat więcej minionkowych chłopców będą mieli więcej wnuków, niż rodzice wydający na świat minionkowe dziewczynki. W efekcie, geny przodków minionkowych chłopców będą się szerzyły, a na świat będzie przychodziło coraz więcej panów minionków. Taki proces będzie zachodził aż do momentu, w którym stosunek reprezentantów obojga płci będzie równy 1:1.

Co więcej, jeżeli w pierwotnej sytuacji (w której stosunek panów minionków do pań minionków wynosi 1:9) doszłoby do jakiejś zmiany (na przykład, mutacji), która sprawiłaby, że częściej rodzą się samce, to osobniki te byłyby bardzo uprzywilejowane i posiadałyby około 4,5 razy więcej potomstwa niż samce w populacji ich dziadków. W efekcie, w kolejnych pokoleniach stosunek samców do samic drastycznie by wzrastał. Innymi słowy, skład populacji zmieniłby się – teraz to samice byłyby znacznie rzadziej reprezentowaną płcią. Powyższe procesy (przewaga liczby samców nad liczbą samic i odwrotnie) następowałyby po sobie wielokrotnie aż do momentu, w którym na scenę wkroczyłaby mutacja, dzięki której stosunek liczebności panów minionków do pań minionków wynosiłby 1:1. Mechanizm ten jest zgodny z tak zwaną regułą Fishera [6] i jest strategią stabilną ewolucyjnie [7].

Na koniec mam do Was dwa pytania. Po pierwsze – czy przychodzą Wam do głowy inne przyczyny, dla których równy stosunek samic do samców może być korzystny? I po drugie – czy znacie jakiś gatunek zwierząt, u którego występuje przewaga liczebna którejś z płci?

Bibliografia 

1. Zachos, F. E., & Hartl, G. B. (2011). Phylogeography, population genetics and conservation of the European red deer Cervus elaphus. Mammal Review, 41(2), 138-150.
2. Liker, A., Freckleton, R. P., & Székely, T. (2013). The evolution of sex roles in birds is related to adult sex ratio. Nature Communications, 4, 1587.
3. Roulin, A., Altwegg, R., Jensen, H., Steinsland, I., & Schaub, M. (2010). Sex‐dependent selection on an autosomal melanic female ornament promotes the evolution of sex ratio bias. Ecology letters, 13(5), 616-626.
4. Meiklejohn, C. D., & Tao, Y. (2010). Genetic conflict and sex chromosome evolution. Trends in Ecology & Evolution, 25(4), 215-223.
5. Postma, E., Heinrich, F., Koller, U., Sardell, R. J., Reid, J. M., Arcese, P., & Keller, L. F. (2011). Disentangling the effect of genes, the environment and chance on sex ratio variation in a wild bird population. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences, rspb20102763.
6. Carvalho, A. B., Sampaio, M. C., Varandas, F. R., & Klaczko, L. B. (1998). An experimental demonstration of Fisher’s principle: evolution of sexual proportion by natural selection. Genetics, 148(2), 719-731.
7. Cowden, C. C. (2012) Game Theory, Evolutionary Stable Strategies and the Evolution of Biological Interactions. Nature Education Knowledge 3(10):6