幕后文章是与国家科学基金会合作提供给生活方面的。
它始于一个像查尔斯·达尔文（Charles Darwin）一样古老的想法。 1859年，达尔文（Darwin）以“物种的起源”推测，自然选择，人口中的个体生存的竞争可能与生长器官之间的竞争有很多相似之处，因为它们在年轻的有机体内发展 - 一个人的成功必须以牺牲另一种为代价。我一直对这些“资源分配权衡”着迷，因为它们解释了有机体的成长如何影响其发展的方式。如果建造零件的资源池有限，则建造一个较大的零件必须意味着其他零件最终会变小。如果进化有利于一部分的扩大，则只能通过减少另一部分的补偿性。尽管这种机制似乎很直观，但它的证据是泥泞的。过去的工作表明，资源分配权衡发生在实验室实验和经过人工选择实验的人群中。它们在自然界中的普遍性和重要性仍然不清楚。在2000年，这个古老的想法是通过两个重要的观察结果加入的，一个是从实验室实验中，另一个来自现场测量。当时，我与一种甲虫合作，甲虫在甲虫中长大角，就像羚羊一样。但是只有男性才能做到这一点，因此要研究早期发育阶段的角的发展 - 幼虫 - 我必须以某种方式能够在它们仍然不成熟的情况下确定甲虫的性别。甲虫的性别我在腹部中发现了一组细胞，其中大约一半的幼虫可能会引起男性交配器官。这组细胞不存在于女性中。可以肯定的是，我使用手术技术破坏了这些细胞而没有伤害动物，就像皮肤科医生消除了疣。然后，我等待幼虫变成成年人。瞧瞧，所有拥有这些额外细胞的动物变成了雄性，而我在手术上进行手术的所有幼虫都变成了雄性缺乏割礼器官。但是我也进行了额外的观察。手术中去除其交配器官前体细胞的雄性最终显着增长了更长的角。不知何故，一种结构的生长影响了另一个结构的发展 - 在动物的另一端。第二个观察来自自然人群。我的甲虫物种原产于意大利，但不到50年前就被引入了美国东部，澳大利亚东部和西澳大利亚州。在研究这些孤立的人群时，我发现它们都在角的相对尺寸中差异。来自美国东部的男性增长了最大的角，而西澳大利亚州的男性则增长了最小的角，其他人口的角尺寸介于两者之间。喇叭长度和女性进入我找到了很好的解释，说明角尺寸发生如此之大。雄性甲虫使用他们的角作为武器反对竞争对手，以便他们可以进入女性。然而，在西澳大利亚州，男性之间的竞争是如此激烈，以至于大多数男性都没有战斗，而是从事“偷偷摸摸”的行为，在这种情况下，较短的角会更好。在美国东部，男性之间的竞争是温和的，大多数男性通过成为战斗机和长而强大的角来表现更好。因此，由于与男性的行为条件的变化，喇叭长度似乎已经进化。现在的问题是这是否是故事的结尾。当哈拉德·帕尔泽（Harald Parzer）（我实验室中的一名研究生）和我着手确定我们观察到的这些人群之间的Horn投资变化是否也导致了交配器官的大小变化时，这两个观察结果符合达尔文的古老想法。为此，哈拉德（Harald）测量了来自天然和三个外来人群的数百名男性的人体大小以及角和共产器官的长度。如果两种结构确实以某种方式以彼此为代价而发展，那么它们在这四个人群中也应该以彼此为代价的发展，换句话说：最大的角人的种群应该具有最小的共同器官，反之亦然。这正是我们发现的！持久的权衡当我们将分析扩展到不同的物种而不是种群时，我们发现了相同的结果。 Harald检查了来自10种不同物种的男性，所有这些物种的雄性投入到角度上有所不同。他们对交配器官的投资反映了这项投资：与以前一样，角最大的物种具有最小的共产器官，反之亦然。我们的结果表明，这种权衡是真实的，它们发生在自然人群中，在人群之间仅50年的隔离之后，它们可以在非常早就可以看到，但是在物种长期以来彼此之间长期分离之后，它们在数百万年前仍然可见。这是第一次将角与共同器官之间的发展折衷与新物种的发展相关。事实证明，交配器官是一个有趣的结构。它们不仅在交配过程中传递精子；他们还相信他们可以以某种方式确定谁可以成功地与谁交配。在昆虫中，物种似乎首先在其交配器官的形状和大小上散开，而且只有通过其交配器官才能区分许多其他神秘的物种。如果出于某种原因将同一物种的种群进化出不同大小的交配器官，那么这些种群可能会发现很难杂交并最终演变成单独的物种。我们的研究提供了证据，表明这种情况的第一部分似乎是在自然界中发生的。现在，我们想知道第二部分是否也是正确的。由于其男性交配器官的不同大小，美国东部和西澳大利亚州的人口是否少于杂交？这些人群正在成为单独的物种吗？如果是这样，如果确实很容易在这些生物体中引发物种形成，我们最终可以解释为什么甲虫是该植物上种类最丰富的生物群，占所有生物物种的五分之一，而所有命名动物的四分之一。
- 视频 - 兰花性
- 画廊：后院错误
- 每周的“幕后”故事档案
编者注： 这项研究得到了国家科学基金会的支持（NSF），联邦机构负责在科学和工程领域的所有领域资助基础研究和教育。看到幕后档案。
