Sexual selection and sexual conflict as engines of evolutionary change: diversification and speciation
Final Report Abstract
Das Forschungsprojekt hatte zum Ziel, Hypothesen aus der Sexuellen Konflikt Theorie zu testen und hat dafür die Fruchtfliege Drosophila melanogaster genutzt. Sexuelle Konflikte können zwischen Männchen und Weibchen auftreten, wenn diese jeweils unterschiedliche Fortpflanzungsstrategien verfolgen, um ihren jeweiligen Fortpflanzungserfolg übers Leben betrachtet zu optimieren. Da bei sich sexuell fortpflanzenden Organismen die beiden Geschlechter gemeinsam die nächste Generation produzieren, können evolutionäre Konflikte über die Anzahl der Nachkommen, den Zeitpunkt oder die Häufigkeit von Verpaarungen entstehen. Als Folge sind häufig die evolutionären Interessen von Männchen und Weibchen nicht kongruent. Die daraus resultieren Selektionsdrücke wirken dann gegensätzlich auf Männchen und Weibchen und können zu sexuell antagonistischen Koevolutionszyklen führen. In der Theorie führt dies, zu sich evolutionär beständig verändernden Fortpflanzungsmerkmalen und zu deren Diversifizierung. Das Testen dieser Hypothese haben wir uns zum Ziel gesetzt und zentral hierfür war die Etablierung von Selektionslinien. In diesen Linien wurde die Möglichkeit des Auftretens Sexueller Konflikte manipuliert. Nach mehr als 50 Generationen haben wir die Ausprägung von reproduktiven Merkmalen in diesen Linien getestet und konnten zeigen, dass sich Merkmale entsprechenden verändert haben. Unerwartet waren dies Merkmale, die die Zeit bis zu einer Verpaarung beeinflussen und nicht wie von uns erwartet Merkmale, die den Befruchtungserfolg beeinflussen. Die evolvierten Merkmale haben allerdings den Fortpflanzungserfolg positiv beeinflusst und die Träger dieser Merkmale haben mehr Nachkommen gezeugt. Wiederum unerwartet war, dass die Streuung der Ausprägung der getesteten reproduktiven Merkmale ähnlich zwischen den Selektionsregimen war und nicht zu einer Diversifizierung geführt hat. Zudem haben wir untersucht, wie sich die Produktion von Ejakulatproteinen in Männchen im Laufe des Lebens verändert. Diese Proteine werden während der Paarung aufs Weibchen übertragen und lösen dort wichtige Veränderungen aus, die den Fortpflanzungserfolg von Männchen nachhaltig beeinflussen. Diese männlichen Proteine werden in einer spezialisiert Drüse hergestellt und wir konnten rausfinden, dass die sexuelle Reifung kritisch vom Wachstum dieser Drüse abhängt und Männchen erst danach ihre volle Fortpflanzungsfähigkeit erreichen. Im Verlaufe der Lebenszeit verändert sich die Drüse und Alterungsprozesse in dieser können den verminderten Fortpflanzungserfolg von älteren Männchen mit erklären. Dies wird besonders deutlich, wenn diese in Konkurrenz mit den Ejakulaten von anderen Männchen treten und um die Befruchtung der Eizellen eines Weibchens konkurrieren. Spermienkonkurrenz tritt immer dann auf, wenn Ejakulate von mehreren Männchen im Reproduktionsapparat eines Weibchens überlappen. Dies ist besonders bei Tieren verbreitet, in denen Weibchen Spermien für eine längere Zeit in spezialisierten Organen aufbewahren. Insgesamt hat sich die Nachwuchsgruppe an der WWU erfolgreich etabliert und die geplanten Arbeiten an dem Forschungsprojekt durchgeführt. Dabei wurden interessante Einsichten in die Evolution und Ausprägung von Merkmalen zentral für den Fortpflanzungserfolg gewonnen.
Publications
- 2013. Age-dependent female responses to a male ejaculate signal alter demographic opportunities for selection. Proc. R. Soc. B 280: 20130428
Fricke C, Green D, Mills WE & Chapman T
(See online at https://doi.org/10.1098/rspb.2013.0428) - 2014. MicroRNAs influence reproductive responses by females to male sex peptide in Drosophila melanogaster. Genetics 198: 1603-1619
Fricke C, Green D, Smith D, Dalmay T & Chapman T
(See online at https://doi.org/10.1534/genetics.114.167320) - 2015. The complexity of male reproductive success: effects of nutrition, morphology, and experience. Behav. Ecol. 26: 617-624
Fricke C, Adler MI, Brooks RC & Bonduriansky R
(See online at https://doi.org/10.1093/beheco/aru240) - 2016. Early reproductive success in Drosophila males is dependent on maturity of the accessory gland. Behav. Ecol. 27: 1859-1868
Ruhmann H, Wensing KU, Neuhalfen N, Specker J-H & Fricke C
(See online at https://doi.org/10.1093/beheco/arw123) - 2016. Effect of competitive cues on reproductive morphology and behavioral plasticity in male fruitfly. Behav. Ecol. 27: 452-461
Bretman A, Fricke C, Westmancoat JD & Chapman T
(See online at https://doi.org/10.1093/beheco/arv170) - 2017. Gene expression changes in male accessory glands during ageing are accompanied by reproductive decline in Drosophila melanogaster. Mol. Ecol. 26: 6704-6717
Koppik M & Fricke C
(See online at https://doi.org/10.1111/mec.14384) - 2017. Precopulatory but not postcopulatory male reproductive traits diverge in response to mating system manipulation in Drosophila melanogaster. Ecol. Evol. 7: 10361-10378
Wensing KU, Koppik M & Fricke C
(See online at https://doi.org/10.1002/ece3.3542) - 2017. Sexual conflict over remating interval is modulated by the sex peptide pathway. Proc. R. Soc. B 284: 20162394
Smith DT, Clarke NVE, Boone JM, Fricke C & Chapman T
(See online at https://doi.org/10.1098/rspb.2016.2394) - 2017. Variation in the post-mating fitness landscape in fruit flies. J. Evol. Biol. 30: 1250-1261
Fricke C & Chapman T
(See online at https://doi.org/10.1111/jeb.13090) - 2018. The impact of ageing on male reproductive success in Drosophila melanogaster. 2018. Exp. Gerontol. 103: 1-10
Ruhmann H, Koppik M, Wolfner MF & Fricke C
(See online at https://doi.org/10.1016/j.exger.2017.12.013)
