Ökad konkurrens mellan hanar riskerar avkomma med fler skadliga mutationer

17 mars 2020

Forskarna har använt skalbaggar av arten Callosobruchus maculatus för att studera hur genetisk variation uppkommer och bevaras hos djurarter där hanar konkurrerar om parning.

Hanar som måste konkurrera hårdare med varandra om honor riskerar att få avkommor med fler skador i arvsmassan än hanar som saknar rivaler. Forskare vid Uppsala universitet har upptäckt detta samband hos skalbaggar av arten Callosobruchus maculatus.

–Många forskare som jobbar med reproduktionsbiologi hos människa och mer generell evolutionsteori, har intresserat sig för det här. Hypotesen är alltså inte ny, men experiment som testar den har saknats. Och det är där vi hoppas att vår studie kan bidra med en viktig pusselbit, säger David Berger vid institutionen för ekologi och genetik vid Uppsala universitet.

Hos insekter såväl som hos fiskar, fåglar och däggdjur parar sig ofta flera hanar med samma hona. Detta leder till en form av sexuell selektion där hanarnas spermier konkurrerar om att befrukta honornas ägg. Hanar som producerar fler eller mer konkurrenskraftiga spermier vinner tävlingen och blir pappor.

Högre mutationshastighet

Forskning vid institutionen för ekologi och genetik vid Uppsala Universitet har kunnat visa att ökad konkurrens mellan hanar kan leda till en högre mutationshastighet och fler nya skadliga mutationer i avkomman.

Skador i arvsmassans dna uppkommer vid varje celldelning men förhindras eller repareras vanligtvis av ett effektivt, men kostsamt, cellulärt övervakningssystem. Den nya studien visar att spermieproduktion hos konkurrerande hanar hos skalbaggen Callosobruchus maculatus görs på bekostnad av den här cellulära övervakningen.

I försöken utsattes skalbaggshanarna för strålning i syfte att orsaka skador på arvsmassan. Efter att ha fått tid på sig att reparera skadorna fick hanarna para sig med honor och bli pappor. Forskarna följde sedan avkomman och mätte hur mycket den varierade i kvalitet flera generationer framåt och fann att hanar som hade hållits i grupp och därmed upplevt en risk för spermiekonkurrens fick avkommor med fler nya skadliga mutationer än hanarna som levt ensamma.

Behöver inte leda till sämre genhälsa

Hanlig konkurrens behöver dock inte på leda till sämre genhälsa, påpekar forskarna bakom studien. Studien visar nämligen också att hanar från populationer som upplevt hög spermiekonkurrens under många generationer anpassat sig till de nya förhållandena och producerar fler spermier och mer levnadskraftig avkomma jämfört med hanar som anpassat sig till ett liv i monogami.

–Även om den direkta effekten av spermiekonkurrens är att öka antalet nya mutationer hos avkomman, kan den långsiktiga effekten av sexuell selektion paradoxalt nog leda till en lägre mutationshastighet, säger David Berger.

Forskarna bakom studien förklarar att de här båda mekanismerna är viktiga för hur genetisk variation uppkommer och bevaras hos djurarter där hanar konkurrerar om parning. Det har i sin tur betydelse för möjligheten till evolutionär anpassning eftersom detta kräver genetisk variation.

Publikation

Studien publiceras i den vetenskapliga tidskriften Nature Ecology & Evolution. Referens: J. Baur, D. Berger, (2020), Experimental evidence for effects of sexual selection on condition-dependent mutation rates. Nature Ecology & Evolution. DOI: 10.1038/s41559-020-1140-7