Половой отбор у чешуйчатых рептилий изучает, как половой отбор проявляется у змей и ящериц , которые составляют отряд рептилий Squamata . Каждая из более чем трех тысяч змей использует разные тактики для приобретения партнеров. [1] Ритуальный бой между самцами за самок, с которыми они хотят спариться , включает в себя топпинг, поведение, демонстрируемое большинством гадюковых , при котором один самец обвивается вокруг вертикально поднятой передней части тела своего противника и заставляет его опуститься. Обычно кусание шеи происходит, когда змеи переплетаются. [2]
У вида японской полосатой змеи ( Elaphe quadrivirgata ) соревнование заключается в том, что самцы поддерживают телесный контакт со своим противником и оказывают давление, толкая, навалившись или обвиваясь, чтобы подчинить его. [2]
Самцы змей используют различные стратегии, чтобы помочь им соблазнить самку для спаривания. Популяция краснобокой подвязочной змеи ( Thamnophis sirtalis ) в Альберте , Канада, впадает в спячку большую часть года, выходя в начале мая для спаривания и кормления. Было замечено, что общие логова достигают популяций в тысячи особей, при этом самки часто быстро покидают логово, чтобы попытаться избежать нападения со стороны шквала самцов. [3] Затем самцам приходится полагаться на отслеживание на основе феромонов , чтобы найти самок. Когда несколько самцов вступают в контакт с самкой, часто происходит внутриполовая конкуренция. Виды змей, которые имеют в основном смещенное соотношение полов в пользу самцов, часто имеют высокий уровень конкуренции между самцами. [4] Самцы могут находиться под сильным отбором для развития различных характеристик, которые помогают им в приобретении партнера. [5] Наиболее успешными самцами являются те, которые демонстрируют наибольшую энергию в своих усилиях. [1] Самцы, которые способны выровнять свое тело и клоаку , совместный выход репродуктивной и пищеварительной системы , с телом самки на самый длительный период времени, часто оказываются наиболее успешными. [6] Пытаясь выровнять клоаку, самец соблазняет самку, прижимая свой подбородок вдоль ее тела и постоянно пытаясь переплести свой собственный хвост с ее хвостом. В то же время самец пытается помешать другим самцам спариваться с самкой, используя свое тело, чтобы заблокировать им доступ. [1]
Когда копуляция достигнута, самец реализует принудительную стратегию спаривания, известную как каудоцефальное помахивание. Самец подвязочной змеи наносит удары своим телом по самке в быстрых повторяющихся интервалах. Эти удары вытесняют бескислородный воздух из недыхательных легких самки в ее дыхательные легкие, вызывая повышение уровня ее стресса. Повышение уровня стресса вызывает раскрытие клоаки, что позволяет ухаживающему самцу легче вставить свой репродуктивный орган в самку. [1]
Системы спаривания змей, как правило, считаются полигинными , когда самцы совокупляются с несколькими самками. Многие исследователи предполагали, что ухаживания нескольких самцов успешны без предоставления доказательств отцовства, [7] и системы спаривания могут быть более полиандрическими , что подтверждается исследованиями зеленой анаконды ( Eunectes murinus ). Популяция, содержащая сотни помеченных анаконд, наблюдалась в течение нескольких лет с сорока пятью изученными агрегациями спаривания. Когда самка анаконды готова найти себе пару, она лежит на мелководье или в грязи, пока к ней не приблизится самец. Некоторые агрегации спаривания регистрировали до тринадцати отдельных самцов, пытающихся ухаживать за самкой одновременно. Эти взаимодействия иногда длились в течение периодов до месяца, показывая, что самцы вкладывают большую часть своей энергии в попытки спаривания. Наблюдение после спаривания не зафиксировало никаких свидетельств спаривания самца анаконды с несколькими самками или даже поиска другой самки после спаривания. [7] Высокая стоимость ухаживания также очевидна у краснобокой подвязочной змеи, у которой наиболее энергичные самцы преуспевают в совокуплении. [1] Интенсивность и количество энергии, которую самцы змеи вкладывают в ухаживание за самками, свидетельствует о полиандрической системе спаривания среди видов змей.
Самцы тратят большую часть своей энергии на драки за самку, чтобы установить господство и произвести впечатление на самок, демонстрируя высокое качество физической подготовки . У сцинка Уайта ( Egernia whitii ) на юго-востоке Австралии более крупные самцы с положительной корреляцией силы и размера запугивают соперников своим размером, отгоняют других самцов от самки и претендуют на территориальное пространство. [8] Проигравшие в драках имеют повышенный уровень стресса и меньше возможностей для размножения [9], в то время как драки между самцами, которые случаются только в сезон размножения, показывают самке, что он сможет обеспечить защиту для нее и ее яиц. [9] Некоторые используемые виды оружия - это шипы на теле и хвосте, зубы и когти. [10] Сила укуса игуаны может привести к травмам других самцов; это заставляет более слабого самца бежать из драки и прерывать свой шанс попытаться спариться. Сила укуса предсказывает доминирование у самцов и то, кто произведет больше потомства. [10] Доминирование самцов коррелирует с большим размером территории и доступом к самкам. [10] У обыкновенной воротничковой ящерицы Crotaphytus collaris самцы демонстрируют свои двигательные навыки, чтобы привлечь самку, первыми добираясь до территории и ресурсов. [11] Более быстрые самцы имеют энергию, которую можно потратить, когда дело доходит до добычи пищи и территории [11] , и защищают свою самку, имеют более высокий репродуктивный успех и спариваются с большим количеством самок по принципу «первым пришел, первым обслужен». [11] У австралийских агамовых ящериц окраска влияет на конкурентный успех; чем более устрашающим воспринимается самец на основе его цвета, тем больше вероятность, что более слабый самец не захочет конкурировать с ним за шанс спариться с самкой. [12]
Самцы некоторых видов ящериц могут выбирать самку, с которой они хотят спариваться. [13] Самцы предпочитают самок с более ярким окрасом, которые демонстрируют лучшую физическую форму и плодовитость . [13] У полосатых платовидных ящериц ( Sceloporus virgatus ) у самок во время сезона размножения появляется оранжевый цвет в области горла, сигнализирующий о том, что они готовы к спариванию, и это указывает на более качественную самку (меньше эктопаразитов и большая масса яиц). [13]
Самки многих видов ящериц имеют возможность спариваться с самцами или отвергать их. [14] Самки тратят энергию на изучение черт самца, чтобы определить, здоров ли он и имеет ли он хорошие гены. [14] У вида пятнистая ящерица ( Uta stansburiana ) самцы, выбранные самками, имели на 76 процентов меньше эктопаразитов . [15] Самки, которые не больны, могут сэкономить энергию на изучение качеств своего потенциального партнера. Самки предпочитают самцов, которые могут позволить себе потратить больше всего энергии на демонстрацию своих черт, потому что трудно подделать хорошие гены. [9] У вида Anolis pulchellus самки выбирали самцов, которые защищали территорию в 89% случаев. [16]
Самцы расписных драконовых ящериц, Ctenophorus pictus , ярко выделяются своей окраской во время размножения. Однако их окраска ухудшается с возрастом. [17] Эксперименты, в которых этим самцам вводили антиоксиданты, привели к выводу, что окраска во время размножения отражает врожденную антиоксидантную способность, которая защищает ДНК от окислительного повреждения . [17] Это открытие указывает на то, что цвет действует как «сертификат здоровья», позволяющий самкам во время спаривания визуализировать основные повреждения, вызванные окислительным стрессом, у потенциальных партнеров по спариванию.
У змей есть две отличительные химические сенсорные системы, которые играют уникальную роль в приеме и расшифровке различных химических сигналов: основная обонятельная система и вомероназальная система , которая используется для расшифровки различной хемосенсорной информации. [18] У змей она гораздо сложнее обонятельной системы и необходима для отслеживания добычи, а также для различения партнеров и ухаживания. [19]
Языки змей раздвоены или раздвоены, что повышает их способность улавливать феромоны посредством тропотаксиса [19] и, таким образом , они способны одновременно обнаруживать стимулы различной интенсивности с помощью двух кончиков, щелкая ими, чтобы улавливать химические сигналы от окружающих объектов, которые поступают в вомероназальные протоки при повторном входе языка в ротовую полость, активируя области мозга, отвечающие за перевод, что позволяет обрабатывать их и использовать как для поиска партнера, так и для обнаружения добычи [19] . Почти у всех видов змей самцы являются половыми особями, ищущими партнера [20], и иногда им приходится преодолевать большие расстояния, чтобы найти самку.
Примеры . Исследование, проведенное на степных гремучих змеях Crotalus viridis , показывает, что самцы, которые постоянно ищут самок на фиксированных территориях, как правило, более успешны в совокуплении. Эта популяция очень предвзята к самцам, поэтому самцам приходится больше концентрироваться на поиске партнера и меньше беспокоиться о конкуренции между самцами. [20] У краснобоких подвязочных змей было обнаружено, что количество соперничающих самцов, продолжительность действия химических субстратов и расстояние, на котором виден след, являются значимыми факторами, влияющими на успешность самца в поиске самки. [21] Thamnophis sirtalis parietalis часто предпочитают феромонные следы самок, которые занимали то же общее логово, что и самцы. [22] [23]
В сценариях, менее ориентированных на самцов, длина языка самца играет существенную роль в половом отборе. Размеры медноголовой змеи , Agkistrodon contortrix , показывают значительную разницу в размере языка, при этом у самцов большая длина бифуркации языка, что подтверждает гипотезу о том, что половой отбор влияет на размер языка у самцов змей, чтобы повысить их способность находить потенциальную самку. [19]
Самки могут определять пригодность самца на основе феромонов , которые он оставляет в окружающей среде. [24] Эти химические сигналы информируют самок о качестве самца, [25] при этом самцы пытаются произвести впечатление на будущих партнерш, демонстрируя сложные цвета, которые могут сигнализировать самке, что он здоров, не болен или имеет хорошие гены, [26] как это видно на примере далматинской настенной ящерицы Podarcis melisellensis , чья идентичность основана на их морфологическом цвете: желтый, оранжевый, доминирующий цвет, поскольку такие ящерицы имеют больший размер и силу укуса, поэтому они могут отпугивать конкурирующих самцов, чтобы спариться с самкой по выбору и заявить о своей территории, и синий. [27] Самки предпочитают оранжевых самцов, поскольку они крупнее и здоровее и могут дать потомству самки более качественные преимущества. [27] Несмотря на то, что самки предпочитают спариваться с оранжевыми морфами, самки все равно будут спариваться с желтыми морфами, которые дают самкам прямые преимущества, такие как защита и небольшая территория. Синие самцы способны спариваться только вторгаясь на территорию другого самца и спариваясь с другими его самками. То, что изображают эти ящерицы, является игрой в камень-ножницы-бумага . [27] У вида Uta stansburiana окраска горла также использовалась самцами как способ показать самкам свое хорошее здоровье и состояние тела. [28] [29] Это еще один пример игры в камень-ножницы-бумага. [29] У самцов европейских зеленых ящериц развивается синее пятно на горле, которое показывает высокую отражательную способность в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне, что предпочитают самки, поскольку яркость горла коррелирует с большим размером тела, большим размером головы и меньшим количеством эктопаразитов, [30] хотя это затратно по энергии. Затем самки могут полагаться на цвет горла у самцов европейских зеленых ящериц, чтобы считать его честным сигналом. [31]
Половой диморфизм — это фенотипические различия между самцами и самками одного и того же вида. Цель многих исследований полового диморфизма, проведенных на змеях, больше сосредоточена на широких сравнениях между видами из разных регионов и меньше на отдельных видах как таковых. [32] Диморфизм размеров распространен у змей; самки, как правило, крупнее в популяциях, где производство больших литров осуществимо. Самцы, как правило, крупнее в системах спаривания, в которых конкуренция между самцами является большим фактором. [33] Гидрофиидные змеи, также известные как морские змеи, только недавно произошли от наземных аспид . [34] Чешуя морских змей отличается от чешуи наземных змей, потому что она морщинистая и морщинистая. У самцов морских змей морщинистость чешуи более развита, чем у самок. Самец морской змеи с головой черепахи, Emydocephalus annulatus , представляет собой интересный пример из-за своей уникальной чешуи. [35] Самки этого вида демонстрируют гладкую чешую круглый год. Самцы, с другой стороны, демонстрируют переход от гладких чешуек к ребристым с наступлением зимнего сезона размножения. Существует несколько причин, по которым эта черта могла быть отобрана. Морщинистость чешуи у самцов обеспечивает лучшее тактильное сопротивление во время спаривания, чем неморщинистая чешуя. Кроме того, было показано, что морщинистая чешуя обеспечивает более эффективную систему поглощения кислорода посредством диффузии. Во время ухаживания самцы часто теряют возможности спаривания, поскольку они истощают свои запасы кислорода и должны возвращаться на поверхность, чтобы дышать. Морщинистая кожа обеспечивает решение этой проблемы; ее структура помогает увеличить скорость диффузии кислорода, позволяя самцам нырять в течение более длительных периодов времени. [35]
Морфология и функция спермы змей во многом зависят от их способности находить, взаимодействовать и оплодотворять яйца. Виды змей демонстрируют длительные совокупления и более высокие пропорции массы гонад/массы тела у самцов, чем другие таксономические группы рептилий. [36] Кроме того, их системы спаривания имеют широкий диапазон изменчивости в зависимости от временной доступности и предсказуемости самок. Эти факторы влияют на уровни конкуренции спермы как у видов с интенсивными боями между самцами, так и у тех видов, которые участвуют в длительном поиске партнера. [36]
Яйцекладущие виды показывают относительно большую длину яичек и средней части спермы, чем живородящие виды, потому что яйцекладущие виды часто размножаются ежегодно, в отличие от двухгодичного цикла живородящих видов. Поскольку яйцекладущие виды размножаются реже, эти черты могли быть отобраны для создания более сильных толчков, развития большего количества митохондрий и увеличения количества сперматозоидов в эякуляте, чтобы помочь повысить показатель успешности сперматозоидов. [36]
Часто у видов змей самки совокупляются с несколькими самцами в одной агрегации для спаривания. [6] [37] Чтобы увеличить свои шансы на отцовство, самец иногда пытается помешать самке повторно спариться. Распространенной тактикой у многих видов является блокирование репродуктивного пути самки, чтобы физически предотвратить дополнительные спаривания. Брачная пробка Ts parietalis представляет собой желеобразный сгусток, производимый самцами, который имплантируется в репродуктивный тракт самки. Удержание пробки может длиться от двух дней до двух недель, при этом максимальная эффективность снижается после двухдневной отметки. [37] Пробка функционирует для предотвращения утечки спермы самца из клоаки самки, снижения привлекательности и восприимчивости самки к дальнейшим спариваниям и физической блокировки репродуктивного тракта для предотвращения немедленного повторного спаривания. Пробка не всегда эффективна на 100%, но повторное спаривание является редким явлением, пока пробка находится на месте. [37]
Самки хранят сперму после совокупления от нескольких самцов до овуляции , но как хранится сперма, до сих пор неизвестно. [38] Между совокуплением спермы и оплодотворением существует временной промежуток. Этот временной промежуток позволяет самке спариваться с несколькими самцами. Наиболее конкурентоспособная сперма оплодотворит яйцеклетки самки, а оставшаяся сперма будет отброшена. [39] Самки также получают питательные вещества из запасов спермы, поэтому чем больше самка спаривается с разными самцами, тем больший доступ к питанию она получит. [40] После совокупления самки некоторых видов ящериц выбирают пол своего потомства на основе спермы самца. Самки производят сыновей со спермой от более крупных самцов и дочерей со спермой от более мелких самцов. [41] Причина может заключаться в том, чтобы гарантировать, что у ее сыновей будут хорошие гены, которые могут демонстрировать более сильные и сложные черты, чтобы максимизировать его репродуктивный успех. [41] Увеличение производства сыновей демонстрирует предпочтение более крупных самцов. [41] Дочери рождаются от более мелких производителей, поскольку самкам не нужно использовать большое количество энергии для привлечения самца; к спариванию готово больше самцов, чем самок. [41] Однако, если самки хранят сперму от разных производителей, самки могут производить как сыновей, так и дочерей с высокой приспособленностью. [41]
Когда самка песчаной ящерицы Lacerta agilis спаривается с двумя или более самцами, может возникнуть конкуренция спермы в репродуктивном тракте самки. Активный отбор спермы самками, по-видимому, происходит таким образом, что повышает приспособленность самки. [42] На основе этого селективного процесса сперма самцов, которые находятся в более отдаленном родстве с самкой, используется преимущественно для оплодотворения, а не сперма близких родственников. [42] Это предпочтение может повысить приспособленность потомства за счет снижения инбридинговой депрессии .
Полуводная черная болотная змея, Seminatrix pygaea , обитающая в среде, где периоды засухи очень распространены, показала, что факторы окружающей среды оказывают негативное влияние на самок змей, чей большой размер был выбран для повышения плодовитости, поскольку эти засухи создают уникальный сценарий для проверки того, влияют ли выживаемость или репродуктивное давление на размер тела самок больше. Самки вырастают крупнее самцов, поскольку нет конкуренции между самцами. В то же время отбор действует на размер самок, чтобы повысить плодовитость. [43]
После периода засухи более крупные змеи, как самцы, так и самки, имели меньше шансов выжить, с большим сокращением популяции самок, в основном потому, что самки змей имели больший размер тела по сравнению с самцами. Это коррелирует с тем, что большинство Seminatrix pygaea рожают в начале сухого сезона, давая им некоторое время, чтобы восстановиться от истощения энергии, которое они испытывали при рождении кладок потомства , [43] показывая, что отбор благоприятствует более мелким змеям во время засухи и более крупным змеям в годы большого изобилия пищи, и предоставляя доказательства того, что факторы окружающей среды влияют на половой отбор.