Postcopulatory sexual selection influences baculum evolution in primates and carnivores

Introduction

The morphology of male intromittent organs is argued to be subject to more rapid divergent evolution than any other form in the animal kingdom . A baculum, vagyis a péniszcsont nem áll ellen ennek a tendenciának, és úgy jellemezték, mint “az összes csont közül a legváltozatosabbat” (, 1. o.), amely hosszában, szélességében és alakjában drámaian változik az emlősök között.

A baculum nem egységesen van jelen az emlősök között. Úgy gondolták, hogy csak nyolc emlősrendben létezik: Afrosoricida, Carnivora, Chiroptera, Dermoptera, Erinaceomorpha, Primates, Rodentia és Soricomorpha . Nemrégiben azonban felfedezték, hogy egy nyúlállat, az amerikai pika (Ochonta princeps) is rendelkezik kis baculummal . Ez a felfedezés azt sugallja, hogy a baculum jelenléte az emlősöknél sokkal elterjedtebb lehet, mint azt korábban feltételezték. Bizonyos rendeknél a baculum jelenléte és hiánya a fajok között vegyesen fordul elő; ezek a Carnivora, Chiroptera, Primates és Rodentia. A főemlősök közül például az ember, a tarsierek és számos platyrrhine hiányzik a baculum. A Lagomorphia hasonlóan osztható. A baculum jelenlétének és hiányának az emlősrendekben való dokumentálásán kívül a baculum evolúciós történetét egészen a közelmúltig nem vizsgálták, így számos kérdés megválaszolatlan maradt.

A genitális (és így a baculum) morfológia a feltételezések szerint szexuális szelekciónak van kitéve . Az eddig elvégzett néhány empirikus vizsgálat alátámaszthatja ezt a hipotézist. Stockley és munkatársai azt találták, hogy a baculum szélessége poligám házi egereknél (Mus domesticus) szignifikáns előrejelzője volt a hímek szaporodási sikerének. Simmons & Firman képes volt a baculum szélességét kísérletileg manipulálni a házi egér populációkban a szexuális szelekciós nyomás szintjének megváltoztatásával. 27 generáció után a mesterségesen kikényszerített magas szintű posztkopulációs szexuális szelekciós nyomással rendelkező populációkban szignifikánsan vastagabb bacula volt, mint azokban a populációkban, amelyekben a monogámiát kikényszerítették, és ezért nem volt szexuális szelekciós nyomás. Ezek a vizsgálatok arra utalnak, hogy az intra-szexuális szelekció, különösen a posztkopulációs szexuális szelekciós nyomás vezetheti a bacula evolúcióját. Ha ez a helyzet, akkor a nagy intra-szexuális szelekciós nyomásnak kitett populációk baculáinak, mint például a poligám (több hím, több nőstény) vagy szezonális párzási rendszerrel rendelkező populációknak, erősebb evolúciós erőknek kellene kitenniük magukat.

A különböző párzási rendszerek a posztkopulációs szexuális szelekciós nyomás szintjének eltérését és ezáltal morfológiai variabilitást eredményeznek; például a nagyfokú spermakompetícióval rendelkező fajok általában a testtömegükhöz képest nagy herékkel rendelkeznek . A maradék heretömeget ezért egy populáció párzási rendszerének és ezáltal a szexuális szelekciós nyomás mértékének megbízható mérőszámának tekintik . Orr & Brennan megállapította, hogy a relatív heretömeg szignifikáns előrejelzője a baculum jelenlétének a Chiroptera, Eulipotyphla, Primates és Rodentia fajoknál. Ugyanez a vizsgálat azonban nem talált kapcsolatot a baculum jelenléte vagy szélessége és a párzási rendszer között, ami arra utal, hogy egy harmadik változó is szerepet játszhat. Ramm négy rendben vizsgálta a heretömeg és a baculum hossza közötti kapcsolatot úgy, hogy először megállapította a fajok közötti filogenetikai függés szintjét, majd megfelelően korrigált regressziókat végzett. A heretömeg és a baculum hossza között pozitív kapcsolatot észlelt a Rodentia és a Carnivora fajokban, de ugyanez a teszt nem talált kapcsolatot a főemlősökben és a Chiroptera fajokban.

A baculum adaptív funkcióját a magas szintű intra-szexuális szelekció mellett még nem sikerült megállapítani. Az egyik lehetséges stratégia, amellyel a hímek növelhetik szaporodási sikerüket a rivális hímek versenyeztetésével, az intromisszió meghosszabbítása és következésképpen a nőstény másik hímmel való párosodásának késleltetése. A meghosszabbított intromisszió hipotézise szerint a baculum a pénisz megtámasztásával segíti az intromisszió meghosszabbított időtartamát .

Ebben az összefüggésben a baculum proximális mechanizmusa az, hogy támasztó rúdként működik, erősíti a péniszt és védi a húgycsövet az elhúzódó intromisszió során . Egy nemrégiben három különböző denevérfajon végzett vizsgálat megállapította, hogy a baculum funkcionális egységet alkotott a corpora cavernosával, amely erekció közben védte a makk csúcsát és a pénisz szárát . A szerzők feltételezik, hogy a baculum az intromisszió során segít korlátozni a distalis húgycső és a húgycsőnyílás szűkületét az erektált péniszben, megkönnyítve a spermiumok áramlását. Számos főemlős fajnál, ahol a baculum megnyúlt, a csont disztális vége kissé kiemelkedik a húgycsőből, miközben a pénisz merevedik . Ez érintkezésbe hozhatja a baculumot a nőstény méhnyakával az intromisszió során, megkönnyítve az ondó átjutását a méhnyakcsatornába .

A meghosszabbított intromisszió hipotézis bizonyítéka eddig ellentmondásosnak bizonyult. A korai tanulmányok azt találták, hogy az elhúzódó intromisszió a főemlősök és húsevők megnyúlt baculáival korrelált ; ezek a tanulmányok azonban nem vették figyelembe az adatok statisztikai nem-függetlenségét, amely a fajok közös evolúciós története miatt keletkezik. Egy későbbi, a filogenezis figyelembevételével korrigált tanulmány az elhúzódó intromisszió és a baculum hossza közötti korrelációt vizsgálta észak-amerikai húsevőknél, de nem találta alátámasztva a hipotézist . A hipotézis teszteléséhez azonban csak 18 fajra vonatkozóan álltak rendelkezésre adatok, amelyek közül csak kettőre volt jellemző a rövid intromissziós időtartam. Dixson és munkatársai szerint ez a minta nem elég reprezentatív ahhoz, hogy határozottan megcáfolja az elhúzódó intromisszió hipotézisét, és saját filogenetikailag korrigált elemzést végeztek 57 emlősfajból álló mintán. Ezúttal szignifikáns korrelációt találtak a két változó között. Bár mindkét vizsgálatot filogenetikailag korrigálták, ha az elemzés kiigazítása előtt nem állapítják meg a filogenetikai függőség mértékét, a filogenetikai korrekció félrevezető vagy helytelen eredményeket hozhat, mivel a fajok közötti rokonsági szint a filogenezis során változik. A Bayes-féle Markov-lánc Monte Carlo (MCMC) elemzések lehetővé teszik, hogy a fajok filogeniáját beépítsék az elemzésbe, ahelyett, hogy egyszerűen korrigálnák a filogeniát, és így megbízhatóbb eredményeket adhatnak .

Egy új tanulmányban Schultz és munkatársai a korábbi filogenetikai módszereket, a sztochasztikus térképezést használták a baculum jelenlétének és hiányának modellezésére 954 emlősfajban, és azt állítják, hogy a baculum legalább kilenc alkalommal fejlődött ki függetlenül az emlősökben. Ez a minta azonban valószínűleg nem tükrözi az evolúció menetét az emlősök teljes osztályában, különösen mivel a baculum hiányát csak 103 fajnál észlelték.

Itt filogenetikai összehasonlító módszereket használunk Bayes MCMC keretben, hogy megvizsgáljuk a baculum evolúciós történetét, és megvizsgáljuk azt a hipotézist, hogy a fokozott mértékű intra-szexuális szelekció befolyásolja a baculum evolúcióját. Először rekonstruáltuk a baculum evolúciós pályáját az emlősök teljes osztályában, és megvizsgáltuk a baculum evolúciójának sebességét a főemlősök rendjében. Ezután a baculum hossza és a herék tömege közötti kapcsolatot vizsgáltuk mind a főemlősöknél, mind a húsevőknél. Ezután tovább vizsgáltuk a baculum jelenléte és az intromisszió időtartama közötti korrelált evolúciót a főemlősökben, mielőtt filogenetikai t-próbákat végeztünk annak megállapítására, hogy a hosszabb intromisszió időtartamú főemlősök és húsevők hosszabb baculummal rendelkeznek-e, mint a rövid intromisszió időtartamúak. Végül ugyanezekkel a tesztekkel megvizsgáltuk, hogy a (i) poligám párzási rendszerek és (ii) a szezonális szaporodási minták által okozott fokozott posztkopulációs szexuális szelekciós nyomás vezetett-e a baculum hosszának növekedéséhez a főemlősöknél. A főemlősök és a húsevők valószínűleg különösen kifizetődő csoportok tanulmányozására, mivel mindkét rendben a baculum jelenléte és hiánya vegyesen fordul elő. Ez azt jelenti, hogy a baculával rendelkezők és a bacula nélküliek közötti különbségek inkább faji szinten, mint a rendek között követhetők nyomon. Továbbá, mivel ezeket a rendeket vitathatatlanul kiterjedtebben tanulmányozták, mint más emlőscsoportokat, több adat áll rendelkezésre.

Ha a baculum elősegíti az elhúzódó intromissziót és a méhnyak nagyobb közelségét annak érdekében, hogy csökkentse a spermiumverseny szintjét és növelje a szaporodási sikert, akkor több előrejelzést lehet felállítani és tesztelni. Várható, hogy a baculum hossza és a herék tömege között kapcsolat áll fenn, ami egy populációban a posztkopulációs szexuális szelekciós nyomás szintjének helyettesítőjeként használható. Az intromisszió időtartama várhatóan korrelál a baculum jelenlétével az evolúció során. Az elhúzódó intromissziós időtartammal rendelkező fajoknak hosszú baculákkal kell rendelkezniük. Végül, azokban a csoportokban, ahol a posztkopulációs szexuális szelekciós nyomás a legnagyobb, mint például azokban, ahol a párzás poligám vagy szezonálisan történik, hosszabb baculával kell rendelkezniük, mint az alacsonyabb szintű posztkopulációs szexuális szelekciós nyomással rendelkező csoportoknak.

Material and methods

Az ősi állapot rekonstrukciókat, a korrelált evolúció tesztjeit, a tulajdonságok közötti kapcsolatok tesztjeit és a filogenetikai t-teszteket mind a BayesTraits (v. 2) segítségével végeztük. A tulajdonságadatokat a szakirodalomból állították össze (elektronikus kiegészítő anyag).

A baculum jelenlétének ősi állapotait az emlősök rendjében rekonstruálták 5020 ma élő emlős szuperfa filogeniájával . A főemlősök és húsevők rendjének minden elemzését 10 000 molekuláris filogeniából Bayes MCMC módszerrel levezetett poszterior eloszláson végeztük . A kronogramokat használtuk minden ősállapot-rekonstrukcióban és a korrelált evolúció tesztjeiben, míg a filogramokat a tulajdonságkapcsolatok tesztjeiben és a filogenetikai t-tesztekben használtuk.

A diszkrét ősállapotok becsléséhez reverzibilis-ugrásos MCMC-módszert használtunk 0 és 0,07 közötti exponenciális hiperpriorral . Minden láncot 5 millió iteráción keresztül futtattunk, 50 000 iterációnyi beégetéssel; ez volt a helyzet minden elemzésnél, kivéve a változó sebességű modellt. Hét kulcsfontosságú csomópontra akartunk következtetni az emlősök filogeniájában, valamint a baculum jelenlétének ősi állapotára mind a főemlősök, mind a húsevők rendje esetében (elektronikus kiegészítő anyag, S1 ábra). A csomópontokat a BayesTraits “add MRCA” eljárásával építettük fel .

A baculum hosszának a főemlősök rendjében végbemenő evolúciójának rekonstruálásához változó sebességű modellt használtunk (Venditti és mtsai. nyomán). A modell lehetővé teszi, hogy az evolúció sebessége idővel változzon a filogeniában, így előzetes ismeretek nélkül is azonosítható, hogy az evolúció sebessége mikor és hol különbözött. A filogenetikai fa megnyúlt ágai azt jelzik, hogy egy tulajdonság gyorsan fejlődött, a tömörített ágak pedig a tulajdonságok lassú változását jelzik. A modellt 10 millió iteráción keresztül futtattuk, 100 000 iteráció beégetésével.

A baculum hossza és a herék tömege közötti kapcsolatot a baculum hossza, a herék tömege és a felnőtt hím testtömege közötti többszörös regresszió segítségével vizsgáltuk. A modellt háromszor futtattuk le, és a medián log marginális valószínűséggel rendelkező láncot választottuk; ezt a megközelítést alkalmaztuk a korrelált evolúció és a hipotézistesztek elvégzésekor is. A lejtőparaméter (β) nullát keresztező arányát használtuk a p-értékek megállapításához (Organ et al. filogenetikai t-tesztekre vonatkozó módszerét követve).

A baculum jelenléte és az intromisszió időtartama közötti korrelált evolúció teszteléséhez összehasonlítottuk a független (külön-külön evolúcióra kényszerített tulajdonságok) és a függő modellek log marginális valószínűségét. Egy exponenciális hiperpriort használtunk 0-0,05 tartományban. A két modellt log természetes Bayes-faktorok (BF) segítségével hasonlítottuk össze, amelyeket a modellek közötti log marginális valószínűség különbségének kétszereseként számoltunk ki. A BF-eket Kass et al. szerint értelmezték: 0-2, minimális támogatás; 2-6, pozitív támogatás; 6-10, erős támogatás; több mint 10, nagyon erős támogatás. A legújabb szakirodalom számos problémát vet fel a harmonikus középértéknek a modell log marginális valószínűségének becslésére való használatával kapcsolatban, valamint a lépcsőzetes mintavételi módszer relatív érdemeivel kapcsolatban, amelyről azt állítják, hogy pontosabb. Ezért a log marginális valószínűség becslésére a lépcsőzetes mintavételi módszert használtuk. A Markov-lánc 10 000 iterációjára száz követ használtunk. Xie et al. nyomán béta (α, 1,0) eloszlást alkalmaztunk, és α-t 0,3-ra állítottuk be. A lépcsőköveket ilyen módon használtuk a tulajdonságkapcsolatok, a korrelált evolúció és a filogenetikai t-tesztek minden tesztjéhez.

MCMC filogenetikai t-teszteket használtunk az adatok statisztikai nem-függetlenségét figyelembe vevő hipotézisek tesztelésére, a közös evolúciós történelem miatt (Organ et al. nyomán. ).

Eredmények

A BayesTraits többállapotú elemzése (n = 1818) azt mutatja, hogy az ősi emlős nem rendelkezett baculummal (baculum hiánya, átlagos valószínűség = 0,98). Az ősállapot-rekonstrukciók hat csomópontban (1. táblázat; elektronikus kiegészítő anyag, S1 ábra) arra utalnak, hogy a baculum először a nem placenta és a placenta emlősök szétválása után alakult ki (baculum hiánya, átlagos valószínűség = 0,93), de még a főemlősök és húsevők legújabb közös őse (MRCA) kialakulása előtt (baculum jelenléte, átlagos valószínűség = 0,99). Az ősi főemlősök és húsevők egyaránt rendelkeztek baculummal (baculum jelenléte, átlagos valószínűség = 1,00, illetve 1,00).

1. táblázat: A baculum jelenlétének vagy hiányának valószínűsége az emlősök filogeniájának gyökerénél és hat csomópontjánál (a csomópontokat lásd az elektronikus kiegészítő anyag S1. ábráján). Az ősi főemlősök és húsevők baculum jelenlétének vagy hiányának valószínűségei is szerepelnek.

baculum hiányzik baculum jelen van
közepes valószínűség s.e. közepes valószínűség s.e.
gyökér 0.98 0.0011 0.02 0.0011
csomópont 1 0.93 0.0020 0.07 0.0020
node 2 0.51 0.0016 0.49 0.0016
node 3 1.00 0.0000 0.00 0.0000
node 4 0.01 0.0000 0.99 0.0000
node 5 0.3 0.0010 0.7 0.0010
csomópont 6 0.01 0.0000 0.99 0.0000
primates 0.00 0.0000 1.00 0.0000
húsevők 0.00 0.0000 1.00 0.0000

A baculum hosszának evolúciós pályáját a változó sebességű modell segítségével szemléltettük, amely a tulajdonságfejlődés eltérő sebességének megfelelően nyújtja vagy szűkíti a filogenetikai fa ágait (1. ábra; elektronikus kiegészítő anyag, S2-S4 ábrák). A főemlősök a baculum hosszában jelentős eltéréseket mutatnak, és ez tükröződik evolúciós történetükben is. Nagyon kevés változás történt a platyrrhinesek és a tarsierek esetében, amelyeknek általában kicsi vagy hiányzó baculájuk van, ami arra utal, hogy az ősi főemlősök baculája meglehetősen kicsi volt. Ezzel szemben a strepsirrhine-ok és a catarrhine-ok viszonylag gyors evolúciós változáson mentek keresztül, és általában hosszabb baculával rendelkeznek, mint a platyrrhine-ok és a tarsierek. A majmok érdekes csoportot képviselnek, mivel nagy arányú változáson mentek keresztül, mégis nagyon kicsi vagy hiányzó baculájuk van. Ez arra utal, hogy miután a platyrrhine és a catarrhine vonal szétvált, az ősi catarrhine baculum nagy evolúciós sebességen ment keresztül, és sokkal hosszabb lett. Amikor a majmok ezt követően elváltak az óvilági majmoktól, ez a tendencia megfordult, és a majom baculum újabb magas evolúciós ütemű fejlődésen ment keresztül, ezúttal a hossza csökkent. (Lásd az elektronikus kiegészítő anyagban a húsevők baculum hosszának evolúcióját és a főemlősök és húsevők heretömegének evolúcióját bemutató, változó sebességű fákat, S2-S4 ábrák.)

1. ábra. A főemlősök filogeniája a baculum evolúciójának ütemét tükröző skálázással. A sötétebb piros ágak az alacsonyabb evolúciós rátát jelzik; a kék ágak a különösen magas evolúciós rátát jelzik.

A baculum hossza nem volt megjósolható a heretömegből sem a főemlősöknél (n = 46, p = 0,139, R2 = 0.03), sem a húsevőknél (n= 32, p= 0,231, R2= 0,37) (elektronikus kiegészítő anyag, S2. táblázat).

A baculum jelenléte és az intromisszió időtartama közötti korrelált evolúcióra találtunk pozitív bizonyítékot főemlősöknél (n = 299, log BF = 4,78; 2. táblázat). Az ősi állapotrekonstrukciók és a modellarányok azt mutatják, hogy a baculum jelenléte és a rövid intromissziós időtartam (átlagos valószínűség = 0,73) megelőzte az elhúzódó intromisszióra való áttérést (2. ábra). A hosszú intromissziós időtartam kialakulása után a baculum ritkán tűnt el. A baculum azonban gyakran elveszett, ha az intromisszió időtartama rövid maradt. A hosszú intromissziós időtartam ritkán vált újra röviddé, ha a baculum jelen volt. Ezzel szemben, ha a baculum hiányzott, az intromissziós időtartam gyakran változott a hosszú és a rövid között.

2. ábra. A főemlős baculum jelenléte és az intromissziós időtartam közötti koevolúció. z százalékok mutatják annak a poszterior valószínűségét, hogy az egyik állapotból a másikba való átmenet aránya nulla (azaz milyen gyakran nem következik be egy adott átmenet). A vastag fekete nyilak azt jelzik, hogy egy átmenet gyakran történt; a vékonyabb vagy hiányzó nyilak azt jelzik, hogy egy átmenet ritka volt vagy gyakorlatilag nem létezett. (Színes online változat.)

.

Táblázat 2. A baculum jelenléte és az intromisszió időtartama közötti korrelált evolúció függő és független modelljeinek valószínűsége főemlősöknél. A Bayes-faktor a függő evolúciós modell pozitív támogatását jelzi a független modellel szemben. A Bayes-faktorok értelmezése Kass et al. szerint történt: O-2, minimális támogatás; 2-6, pozitív támogatás; 6-10, erős támogatás; több mint 10, nagyon erős támogatás.

függő modell független modell
koevolúciós elemzés log likelihood log likelihood log natural Bayes factor
intromissziós időtartam -45.77 -48.16 4.78

A hipotézist, miszerint a posztkopulációs szexuális szelekció befolyásolja a baculum hosszát, filogenetikai t-próbák sorozatával teszteltük (3. táblázat). Előrejelzéseinkkel összhangban azt találtuk, hogy mind a főemlősök, mind a húsevők rendjébe tartozó azon fajok, amelyekben az intromisszió elhúzódik, szignifikánsan hosszabb baculummal rendelkeznek, mint azok a fajok, amelyekben az intromisszió rövid (n = 53, p = 0,000, illetve n = 41, p = 0,018). A poligám párzási rendszerekben élő főemlősöknél szignifikánsan hosszabb baculát találtak, mint az egyéb párzási rendszerekben élőknél (n = 65, p = 0,032). Végül a szezonálisan szaporodó főemlősök szignifikánsan hosszabb baculával rendelkeznek, mint a nem szezonálisan szaporodó főemlősök (n = 63, p = 0,045).

3. táblázat A baculum hosszának és az intromisszió időtartamának filogenetikai t-tesztjei főemlősöknél és húsevőknél, valamint párzási rendszer és szaporodási szezonalitás főemlősöknél.

primates carnivores
modell β s.e. β p-érték β s.e. β p-érték
baculum hossza és az intromisszió időtartama 16,64 ±0,05 p = 0,0000 64.90 ±0.41 p = 0.018
baculum hossza és párzási rendszer -3.45 ±0.03 p = 0.0318
baculum length and breeding seasonality -3.55 ±0.03 p = 0.0448

Diszkusszió

Eredményeink feltárták a baculum evolúciós pályáját az emlősök osztályában, kimutatták, hogy a baculum először a placenta és a nem placenta emlősök 145 millió évvel ezelőtti (Ma) szétválása után, de még a főemlősök és húsevők MRCA-jának 95 Ma körüli kialakulása előtt fejlődött ki. Először mutatjuk ki, hogy mind az ősi főemlősöknek, mind az ősi húsevőknek volt baculumuk, ami fontos következményekkel jár a baculum tanulmányozására e rendeken belül. Az elemzéseknek annak vizsgálatára kell összpontosítaniuk, hogy miért maradt meg a baculum bizonyos fajoknál, és miért tűnt el másoknál, nem pedig arra, hogy miért fejlődhetett ki a baculum; az őseiknél már jelen volt.

Nem találtunk kapcsolatot a baculum hossza és a herék tömege között a főemlősöknél vagy a húsevőknél, ami alátámasztja a korábbi eredményeket a főemlősöknél, de a húsevőknél nem . Ez az eltérés valószínűleg azzal magyarázható, hogy Bayes-féle filogenetikai keretet használtunk az elemzéseinkhez; eredményünk arra utal, hogy a baculum hossza és a herék tömege között megfigyelt bármilyen kapcsolat véletlenszerűen alakulhatott ki. Bár ezek az eredmények nem támasztják alá azt a hipotézist, hogy a baculum hossza szexuálisan szelektált, nem cáfolják azt. Lehetséges, hogy a baculum morfológiájának olyan aspektusai, mint a szélesség vagy az alak, nagyobb valószínűséggel változnak a heretömeggel. Például a baculum tengelyszélessége szignifikáns előrejelzője a hím házi egerek által nemzett utódok számának . Orr & Brennan valóban azt találta, hogy a heretömeg négy emlősrendben előre jelezte a baculum szélességét; amikor azonban ezt a kapcsolatot filogenetikai modellel tesztelték, a baculum szélessége már nem volt szignifikáns előrejelző . Lehetséges, hogy ezek az eredmények szignifikánsak maradtak volna, ha a kapcsolatot rendi szinten vizsgálják, mivel a baculum funkciója rendenként változhat. Eredményeink rávilágítanak a teljes filogenetikai módszerek alkalmazásának fontosságára a tulajdonságok evolúciójának vizsgálatakor.

Ez a tanulmány volt az első, amely kimutatta, hogy a baculum jelenléte korrelált az intromisszió időtartamával a főemlősök evolúciója során. Az eredmény rávilágít a morfológiai és viselkedési fenotípusok közötti kölcsönhatásra az evolúciós idő folyamán. A baculum fizikailag támogatja és védi a hím péniszét, és segíti az ondó átjutását a nőstény méhnyakához. Ugyanakkor fontos szerepet játszik az elhúzódó intromisszió elősegítésében is, ami maga is egy szexuálisan szelektált viselkedés lehet, amelynek célja a szaporodási siker növelése azáltal, hogy késlelteti a nőstények újrapárzását.

Eredményeink megerősítik, hogy az elhúzódó intromisszió hipotézise szilárd marad, ha szigorú filogenetikai keretben elemezzük. A filogenetikai t-tesztek azt mutatják, hogy a baculum szignifikánsan hosszabb mind a főemlős, mind a húsevő fajoknál, amelyeknél az intromisszió elhúzódik. Ez arra utal, hogy a baculum megnyúlását az emlősök evolúciója során valószínűleg az elhúzódó intromisszióban való hasznossága vezérelte. Két további filogenetikai t-próba azt mutatta, hogy a poligám párzási rendszerekben élő főemlősöknek és a szezonálisan szaporodó főemlősöknek szignifikánsan hosszabb baculumuk volt, mint a más párzási rendszerekben élő és a szezonális szaporodással nem rendelkező főemlősöknek, ami kiemeli a posztkopulációs szexuális szelekció fontosságát, mint a baculum evolúciójának hajtóerejét.

A korrelált evolúció tesztjének eredménye, a filogenetikai t-próba eredményeivel együtt lehetővé teszi számunkra, hogy megkezdjük a baculum proximális és végső funkcióinak összeállítását. A poligám párzási rendszerek és a korlátozott szaporodási időszakok nagyfokú posztkopulációs szexuális versenyt eredményeznek. Ebben a környezetben az intromisszió meghosszabbítása késleltetheti a nőstény újbóli párosodását, így növelve a hím esélyét arra, hogy versenykörülmények között sikeresen megtermékenyítse őt. Azzal, hogy a húgycső szabaddá válik, és a spermiumok a lehető legkisebb utat teszik meg, növelhető a méhnyakcsatornába szállított spermiumok mennyisége. A baculum támasztószerkezetként szolgál az elhúzódó intromisszió során, egyrészt védi a húgycsövet, másrészt megakadályozza annak beszűkülését.

Ezek az eredmények nem feltétlenül vonatkoznak az emlősök osztályán belül más rendekre, de rávilágítanak a potenciálisan kifizetődő kutatási irányokra. Azt is fontos megjegyezni, hogy még a főemlősök és húsevők rendjén belül is valószínűleg más tényezők befolyásolják, hogy a baculum megmarad-e vagy sem, és hogyan fejlődik a morfológiája. A baculum evolúciójával foglalkozó tanulmányok általában arra összpontosítanak, hogy miért van jelen bizonyos fajokban, vagy miért növekedhetett meg a hossza vagy a szélessége; a baculum csökkenését vagy eltűnését mozgató tényezőket nagyrészt figyelmen kívül hagyták.

A baculum proximális mechanizmusát, valamint a különböző emlősrendekben a baculum evolúcióját mozgató néhány tényezőt zseniális tanulmányok kezdik szétszedni . Ezen eredmények rendek közötti összehasonlításával és a baculum filogenetikai keretben történő vizsgálatával elkezdhetünk egy átfogóbb képet alkotni a baculum proximális és végső funkcióiról, valamint arról, hogy hogyan fejlődött ki a ma élő fajokban és azok őseiben.

Az adatok hozzáférhetősége

Az adatok a Dryad Digital Repositoryban érhetők el .

A szerzők hozzájárulása

M.B. és C.O. tervezte a kutatást; M.B. és C.O. végezte a kutatást; M.B. és C.O. elemezte az adatokat; M.B. és C.O. írta a kéziratot. Minden szerző véglegesen jóváhagyta a publikációt.

Kompetitív érdekek

Nincsenek konkurens érdekeink.

Finanszírozás

M.B.-t a NERC Doctoral Training Studentship, C.O.-t pedig a Leverhulme Early Career Fellowship támogatja.

Footnotes

Az elektronikus kiegészítő anyag online elérhető a http://dx.doi.org/10.6084/m9.figshare.c.3583481 címen.

© 2016 The Authors.

Published by the Royal Society under the terms of the Creative Commons Attribution License http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/, which allows unrestricted use, provided the original author and source are credited.

  • 1
    Eberhard W. 1993Evaluating models of sexual selection: genitalia as a test case. Am. Nat. 142, 564-571. (doi:10.1086/285556) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar
  • 2
    Patterson BD, Thaeler CS. 1982Az emlős baculum: hipotézisek a baculum variabilitásának természetéről. J. Mammal. 63, 1-15. (doi:10.1890/0012-9623(2004)852.0.CO;2) Crossref, ISI, Google Scholar
  • 3
    Perrin WF, Wursig B, Thewissen JGM (eds). 2009Encyclopaedia of marine mammals, 2nd edn. London, UK: Academic Press. Google Scholar
  • 4
    Martin RD. 2007The evolution of human reproduction: a primatological perspective. Yearb. Phys. Anthropol. 50, 59-84. (doi:10.1002/ajpa.20734) Crossref, Google Scholar
  • 5
    Weimann B, Edwards MA, Jass CN. 2014Identification of the baculum in American pika (Ochotona princeps: Lagomorpha) from southwestern Alberta, Canada. J. Mammal. 95, 284-289. (doi:10.1644/13-MAMM-A-165) Crossref, ISI, Google Scholar
  • 6
    Hosken DJ, Jones KE, Chipperfield K, Dixson AF. 2001Is the bat os penis sexually selected?Behav. Ecol. Sociobiol. 50, 450-460. (doi:10.1007/s002650100389) Crossref, ISI, Google Scholar
  • 7
    Stockley P, Ramm SA, Sherborne AL, Thom MDF, Paterson S, Hurst JL. 2013Baculum morphology predicts reproductive success of male house mice under sexual selection. BMC Biol. 11, 66. (doi:10.1186/1741-7007-11-66) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar
  • 8
    Simmons LW, Firman RC. 2013Kísérleti bizonyítékok az emlősök baculumának szexuális szelekció általi evolúciójára. Evolution 68, 276-283. (doi:10.1111/evo.12229) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar
  • 9
    Harcourt AH, Harvey PH, Larson SG, Short RV. 1981Testis súly, testtömeg és tenyésztési rendszer főemlősöknél. Nature 293, 55-57. (doi:10.1038/293055a0) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar
  • 10
    Orr TJ, Brennan PL. 2016Minden jellemző nagy és kicsi – a baculum és a pénisz tüskéinek lehetséges szerepe az emlősökben. Integr. Comp. Biol. 56, 635-643. (doi:10.1093/icb/icw057) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar
  • 11
    Ramm SA. 2007Sexual selection and genital evolution in mammals: a baculum length a phylogenetic analysis of baculum length. Am. Nat. 169, 360-369. (doi:10.1086/510688) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar
  • 12
    Dixson AF. 2012Primate sexuality: Comparative studes of the prosimians, monkeys, apes, and human beings, 2nd edn. Oxford, UK: Oxford University Press. Crossref, Google Scholar
  • 13
    Dixson AF. 1987Baculum length and copulatory behavior in primates. Am. J. Primatol. 60, 51-60. (doi:10.1002/ajp.1350130107) Crossref, ISI, Google Scholar
  • 14
    Herdina AN, Kelly DA, Jahelková H, Lina PHC, Horáček I, Metscher BD. 2015Testing hypotheses of bat baculum function with 3D models derived from microCT. J. Anat. 226, 229-235. (doi:10.1111/joa.12274) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar
  • 15
    Dixson AF. 1987Observations on the evolution of the genitalia and copulatory behaviour in male primates. J. Zool. 213, 423-443. (doi:10.1111/j.1469-7998.1987.tb03718.x) Crossref, ISI, Google Scholar
  • 16
    Dixson AF. 1995Baculum length and copulatory behaviour in carnivores and pinnipeds (Grand Order Ferae). J. Zool. 235, 67-76. (doi:10.1111/j.1469-7998.1995.tb05128.x) Crossref, ISI, Google Scholar
  • 17
    Larivière S, Ferguson SH. 2002Az emlősök baculumának evolúciójáról: hüvelyi súrlódás, elhúzódó intromisszió vagy indukált ovuláció?Mamm. Rev. 32, 283-294. (doi:10.1046/j.1365-2907.2002.00112.x) Crossref, ISI, Google Scholar
  • 18
    Dixson A, Nyholt J, Anderson M. 2004A positive relationship between baculum length and prolonged intromission patterns in mammals. Acta Zool. Sin. 50, 490-503. Google Scholar
  • 19
    Freckleton RP, Harvey PH, Pagel M. 2002Phylogenetic analysis and comparative data: a test and review of evidence. Am. Nat. 160, 712-726. (doi:10.1086/343873) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar
  • 20
    Opie C, Atkinson QD, Dunbar RIM, Shultz S. 2013Male infanticide leads to social monogamy in primates. Proc. Natl Acad. Sci. USA 110, 13 328-13 332. (doi:10.1073/pnas.1307903110) Crossref, ISI, Google Scholar
  • 21
    Shultz S, Opie C, Atkinson QD. 2011Stepwise evolution of stable sociality in primates. Nature 479, 219-222. (doi:10.1038/nature10601) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar
  • 22
    Schultz NG, Lough-Stevens M, Abreu E, Orr T, Dean MD. 2016A baculum többször nyert és veszett el az emlősök evolúciója során. Integr. Comp. Biol. 56, 635-643. (doi:10.1093/icb/icw034) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar
  • 23
    Huelsenbeck JP, Ronquist F, Nielsen R, Bollback JP. 2001Bayesian inference of phylogeny and its impact on evolutionary biology. Science 294, 2310-2314. (doi:10.1126/science.1065889) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar
  • 24
    Pagel M, Meade A, Barker D. 2004Bayesian estimation of ancestral character states on phylogenies. Syst. Biol. 53, 673-684. (doi:10.1080/10635150490522232) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar
  • 25
    Fritz SA, Bininda-Emonds ORP, Purvis A. 2009Geographical variation in predictors of mammalian extinction risk: big is bad, but only in the tropics. Ecol. Lett. 12, 538-549. (doi:10.1111/j.1461-0248.2009.01307.x) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar
  • 26
    Arnold C, Matthews LJ, Nunn CL. 2010The 10KTrees website: a főemlősök filogenetikájának új online forrása. Evol. Anthropol. 19, 114-118. (doi:10.1002/evan.20251) Crossref, ISI, Google Scholar
  • 27
    Pagel M, Meade A. 2006Bayesian analysis of correlated evolution of discrete characters by reversible-jump Markov chain Monte Carlo. Am. Nat. 167, 808-825. (doi:10.1086/503444) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar
  • 28
    Venditti C, Meade A, Pagel M. 2011Multiple routes to mammalian diversity. Nature 479, 393-396. (doi:10.1038/nature10516) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar
  • 29
    Organ CL, Shedlock AM, Meade A, Pagel M, Edwards SV. 2007Origin of avian genome size and structure in non-avian dinosaurs. Nature 446, 180-184. (doi:10.1038/nature05621) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar
  • 30
    Kass RE, Raftery AE. 1995Bayes faktorok. J. Am. Stat. Assoc. 90, 773-795. (doi:10.1080/01621459.1995.10476572) Crossref, ISI, Google Scholar
  • 31
    Baele G, Lemey P, Bedford T, Rambaut A, Suchard MA, Alekseyenko AV. 2012Improving the accuracy of demographic and molecular clock model comparison while accommodating phylogenetic uncertainty. Mol. Biol. Evol. 29, 2157-2167. (doi:10.1093/molbev/mss084) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar
  • 32
    Xie W, Lewis PO, Fan Y, Kuo L, Chen M-H. 2011Improving marginal likelihood estimation for Bayesian phylogenetic model selection. Syst. Biol. 33, 104-110. Google Scholar
  • 33
    Brindle M, Opie C. 2016Data from: Postcopulatory sexual selection influences baculum evolution in primates and carnivores. Dryad Digital Repository. (doi:10.5061/dryad.412gv) Google Scholar

Google Scholar

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.