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Cell | 求偶的博弈:雄性间的竞争如何影响雌性果蝇选择配偶

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撰文 | 阿童木

在自然界中,许多物种的求偶仪式都极为冗长而复杂,这是交配前的重要步骤。由于雌性在孕育后代时承担更高的代谢成本,因此通常被认为在选择配偶时更加挑剔,而雄性的求偶展示可以视为性选择压力下进化出的“行为装饰”,旨在展现其作为合适配偶的品质【1】。然而,雌性究竟如何评估不同雄性的求偶表现,并最终决定选择哪个配偶,仍然是一个未解之谜。

以果蝇为例,雄性会通过一系列复杂的行为向雌性求偶,包括追逐雌性、单侧翅膀振动以产生物种特异性的求偶歌曲【2】。过去的研究主要关注单一求偶配对,强调雄性的求偶歌曲在促成雌性交配决策中的作用。然而,在野外环境中,单个雌性往往会同时受到多个雄性的追逐,形成激烈的交配竞争,但她们在众多同种雄性中做出最终选择的机制仍不清楚。

有研究发现雌性可能依据自身偏好的形态或行为特征选择配偶,这符合性选择中“雄性特征与雌性偏好协同进化”的观点。然而,雌性偏好也可能受到雄性竞争的间接影响。在竞争环境中,每个雄性都试图提高自身的繁殖成功率,同时削弱竞争对手的机会【3】。在极端情况下,雄性甚至可能通过直接干预雌性的选择权来获得交配机会。因此,揭示雌性交配策略的内在逻辑,不仅需要研究雌性的感觉偏好,还要理解雄性求偶行为在竞争环境中的变化,以及雄性之间的互动如何影响雌性的感知和交配决策。

2025年2月13日,洛克菲勒大学Vanessa Ruta实验室在Cell杂志发表了题为Male-male interactions shape mate selection in Drosophila的研究文章,揭示了雄性果蝇在求偶时如何通过攻击性的翅膀弹动来驱赶竞争者,并干扰雌性对其他雄性的感知,以获得交配权;强调了在P1a和pC1x神经元等的调控下,雄性压制竞争对手的能力不仅对其获得交配权至关重要,而且影响着雌性的交配决策。

作者首先设计了竞争性求偶试验 (MMF) ,让两只遗传背景相同的雄性争夺一只处女雌性,以分析雌性如何评估雄性的求偶表现。实验表明,最终成功交配的雄性并不能通过其求偶行为或形态特征进行预测。尽管两只雄性都会长时间追逐雌性,但最终成功交配的雄性往往在最后时刻占据最佳交配位置,并进行最后的翅膀伸展。尽管求偶歌曲被认为是雌性选择配偶的重要因素,但作者发现即使有翅雄性在唱歌,静音的无翅雄性有时也能成功交配,表明它们可能借用了有翅雄性的求偶信号。总体来看,雌性更依赖求偶歌曲的存在来识别合适配偶,而非直接比较求偶歌曲的质量高低。

为了进一步探讨雄性竞争在配偶选择中的作用,作者利用分类器分析MMF三元组中的雄性互动模式。结果显示,竞争环境下,雄性争夺雌性附近的最佳位置,并展现出不同于单独求偶时的行为模式。他们会穿插双翅弹动(通常被认为是一种争斗行为) ,同时继续求偶。此外,雄性会“窃听”竞争对手的求偶歌曲,并调整自己的行为以进行竞争性互动。即使没有雌性存在,播放同种求偶歌曲也能引发雄性之间的争斗行为。然而,失聪对弹动行为影响很小,而同时失聪和失嗅则会抑制弹动,表明嗅觉信号 (如 cVA) 在近距离竞争中起着重要作用。因此,雄性竞争下的求偶行为受到听觉和嗅觉信号的共同调节,歌曲可能在近距离互动中与信息素发挥相似的功能。

此外,在竞争环境下,雄性弹动翅膀时会产生一种高频脉冲,类似“争斗歌曲”。这一行为由R85A12神经元控制,并具有性二态性,仅在雄性中出现。光遗传学实验表明,激活R85A12神经元可诱发弹动和相关声信号,而抑制这些神经元则会抑制弹动行为,但不会影响求偶和唱歌行为。进一步分析发现,双侧翅膀弹动和单侧翅膀伸展是独立的声交流通道,在雄性竞争中均发挥关键作用。

此外,弹动产生的争斗歌曲会掩盖求偶歌曲的特征频率,使得雌性听觉通路中的 vpoEN 神经元对求偶歌曲的反应减弱,而 vpoIN 神经元则对争斗歌曲反应增强。这种干扰改变了雌性听觉系统的 “兴奋-抑制”平衡,使得雌性更难以感知求偶歌曲的信号。行为实验也表明,在竞争环境下,雌性打开阴道板的概率降低,并且接受交配所需的时间更长。因此,争斗性翅膀弹动通过干扰雌性的听觉系统,有效地降低了雌性对求偶歌曲的感知和接受交配的意愿。

面对竞争者持续不断的声学干扰,雄性是如何提高交配成功率的呢?研究发现,交配即将发生时,雄性会进行最后一次翅膀伸展,并通过弹动翅膀驱赶竞争对手,而失败的雄性则被排除在交配对之外。成功交配通常发生在雄性成功独处片刻,并用未受干扰的求偶歌曲向雌性求爱,从而促使雌性打开阴道板。抑制弹动行为的雄性在竞争环境中处于劣势,表明弹动行为不仅干扰雌性听觉,也通过物理限制竞争对手接近雌性来提高自身的繁殖成功率。

研究还发现,雄蝇能够根据感觉信号迅速在求偶和争斗行为之间切换。P1a神经元主要参与求偶,而pC1x神经元则控制争斗行为,如翅膀弹动。激活 pC1x 神经元会引发攻击行为,抑制则会抑制翅膀弹动,但不会影响求偶。此外,pC1x 神经元在雄性开始跟踪视觉目标时反应较弱,但在求偶歌曲播放期间雄性开始争斗展示时被强烈激活,以驱动竞争行为。作者还发现cVA 信息素在调节雄性对其他个体的攻击性反应中起着重要作用。因此,P1a 和 pC1x 神经元似乎并非相互抑制,而是共同参与调节雄性的社会行为,P1a 神经元维持雄性的唤醒状态,而 pC1x 神经元则触发短暂的攻击行为。

综上所述,本研究揭示了雄性果蝇在求偶时如何通过翅膀弹动来驱赶竞争者,并干扰雌性的交配决策。竞争状态下的交配行为由P1a和pC1x神经元协调控制,确保雄性持续追求雌性,直至竞争者退出竞争,最终获得交配权。本研究强调了雄性竞争能力不仅对于繁殖成功至关重要,而且对雌性最终的交配决策产生关键影响。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.01.008

制版人:十一

参考文献

1. Ryan, M.J., Page, R.A., Hunter, K.L., and Taylor, R.C. (2019). ‘Crazy love’: nonlinearity and irrationality in mate choice.Anim. Behav.147, 189–198.

2. Dickson, B.J. (2008). Wired for Sex: The Neurobiology of Drosophila Mating Decisions.Science322, 904–909.

3. Wong, B.B.M., and Candolin, U. (2005). How is female mate choice affected by male competition?Biol. Rev. Camb. Philos. Soc.80, 559–571.

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