Może zdarzyło ci się kiedyś wziąć do ręki cebulę, która nie była już pierwszej świeżości? Zauważyłeś może na niej drobne, białe punkciki wielkości główki od szpilki? Może nawet zastanawiałeś się, co to za rodzaj pleśni? Z pewnością było to jednak coś innego. Cebula ta stała się planetą dla pewnego gatunku roztoczy. Planetą, która zatętniła życiem, seksem i przemocą. Całkiem podobnie jak Ziemia, bo choć ów świat jest o wiele mniejszy, rządzą nim te same prawa ewolucji, które pozwalają przeżyć i rozprzestrzeniać geny tylko najsilniejszym i najbardziej płodnym osobnikom. Przyjrzyjmy się teraz temu małemu światu i życiu, jakie toczą na nim roztocze.

Wojownicy i spryciarze

Jakkolwiek roztocze są liczną grupą zwierząt, osobom nie trudniącym się profesjonalnie biologią kojarzą się wyłącznie z wywoływaniem groźnych alergii. Wbrew powszechnemu poglądowi, większość gatunków to zwierzęta wolno żyjące, nie powodujące żadnych przykrych konsekwencji zdrowotnych. Niektóre są drapieżne, polują na mniejsze od siebie gatunki, inne prowadzą pasożytniczy tryb życia, wysysając krew, podobnie jak znani laikom ich bliscy krewni – kleszcze. Te, które stały się bohaterami niniejszego tekstu, odżywiają się martwą materią organiczną, a żyją na cebulkach roślin: narcyzów, hiacyntów, cebuli, czosnku. Stąd pochodzi ich polska nazwa: rozkruszek hiacyntowy (Rhizoglyphus robini). Żyjąc na cebuli, roztocze żywią się nią, drążąc korytarzyki w jej miąższu, żywią się też grzybami, które rozwijają się na gnijącej materii organicznej. Jak na roztocze, są dość duże, osiągają wielkość około 1 mm. W ciągu życia, trwającego 1−2 miesięcy, samica składa kilkaset jaj, z których wylęgają się larwy. Po trzech przeobrażeniach i wylinkach powstaje z nich osobnik dorosły. Czasami, kiedy warunki życia stają się niekorzystne, spada temperatura lub brakuje pokarmu, jedna z form młodocianych przekształca się w postać przetrwalnikową, tzw. deuteronimfę, zwaną również z łacińska hypopus. Ma ona twardą, spłaszczoną kutikulę, odporną na utratę wody i urazy mechaniczne, oraz zredukowany przewód pokarmowy, dzięki czemu nie pobiera pokarmu. Jest świetnie przystosowana do tego, by przywierać do ciała szybko poruszających się bezkręgowców (np. biegaczy) i w ten sposób przebywać duże odległości w nadziei na odnalezienie lepszego miejsca bytowania – nowej planety nadającej się do kolonizacji. Kiedy na taką trafi, kontynuuje rozwój, aby stać się zdolnym do rozmnażania osobnikiem dorosłym.

Wśród samców rozkruszka istnieją dwa typy, które bardzo różnią się wyglądem i zachowaniem. Jeden z nich, zwany samcem walczącym, posiada silnie zgrubiałą i ostro zakończoną trzecią parę odnóży, służących jako specyficzny rodzaj uzbrojenia. Jak średniowieczny rycerz, konkurujący o rękę wybranki, może za ich pomocą z łatwością przebić rywala. Drugi typ z kształtu ciała bardziej przypomina samicę. Jest całkiem bezbronny i zwykle przypłaca życiem wejście w drogę samcowi walczącemu. Młode samce walczące często rywalizują ze sobą na śmierć i życie, podczas gdy starsze niechętnie wdają się w konflikty. W małych koloniach samce walczące mogą zabić wszystkich rywali i dzięki temu uzyskać wyłączny dostęp do samic, podczas gdy w dużych zawsze można trafić na przeciwnika lepszego od siebie. Tutaj przewagę miałyby samce niewalczące, które prawdopodobnie przypominają samice nie tylko z kształtu ciała, lecz również ze składu feromonów, co przekłada się na zapach, i często nie są postrzegane przez samce walczące jako potencjalni rywale. Maskując się w tak wymyślny sposób, mogą łatwo zakraść się do samic i zapłodnić je. W kwestii powstania i utrzymywania się owych dwóch form samców ciągle więcej jest pytań niż odpowiedzi, choć polimorfizm samców (czyli różnorodność) jest dość częstym zjawiskiem u różnych gatunków zwierząt.

Wojny plemników

Najciekawsze jest oczywiście życie intymne rozkruszka hiacyntowego. Roztocze te są silnie promiskuityczne – w obrębie populacji każdy osobnik kojarzy się z płcią przeciwną w sposób losowy. Tak nam się przynajmniej wydaje, nie jest jednak wykluczone, że zwierzęta te wybierają partnera według własnych kryteriów. Samce mają godną pozazdroszczenia zdolność do kopulacji, mogą kojarzyć się nawet co godzinę, a samice również nie zachowują się powściągliwie, co jest dla naukowców zastanawiające z jednej prostej przyczyny: samce produkują liczne i stosunkowo mało kosztowne plemniki – dlatego kopulacja z wieloma samicami drastycznie podwyższa ich sukces reprodukcyjny. Natomiast jajeczka składane przez samice są duże w stosunku do wielkości ich ciała i znacznie bardziej kosztowne w produkcji, gdyż zwykle zaopatrzone są w dużą ilość substancji zapasowych. Samica wytwarza ich ograniczoną ilość – do zapłodnienia z nadmiarem wystarczy pojedyncza kopulacja. Kolejne wiążą się dla samicy z ryzykiem. Łatwiej bowiem zostać zauważonym i pożartym przez drapieżnika w momencie kopulacji – złączona para osobników jest mniej mobilna i łatwiejsza do zauważenia. Przez kojarzenia z wieloma samcami można nabawić się licznych chorób i pasożytów. U wielu gatunków płyny nasienne przekazywane wraz z nasieniem są dla samic szkodliwe. Na koniec pytanie – dlaczego tracić czas i energię na kopulację, która nic nie zmieni w sukcesie reprodukcyjnym samicy, zamiast zająć się spokojnym żerowaniem i odkładaniem substancji zapasowych na złożenie kolejnego pakietu jaj?

Gatunków, w których samice kojarzą się z kilkoma samcami, jest bardzo wiele, a biolodzy zdążyli wymyślić równie pokaźną liczbę hipotez tłumaczących te dziwne z punktu widzenia ewolucji zachowania. Według jednych, samice mogłyby się w ten sposób zabezpieczać przed bezpłodnością jednego z partnerów, według innych, mógłby to być sposób na zwiększenie zmienności genetycznej wśród potomstwa. W zmiennym środowisku nigdy nie wiadomo, co okaże się lepsze w przyszłym pokoleniu: osobniki duże czy małe, samce walczące czy niewalczące? Może więc warto zabezpieczyć się przed tym, co nieprzewidywalne i mieć różnorodne potomstwo? Chociaż warunki się zmienią, zawsze jakaś część lęgu przeżyje.

Liczni partnerzy płciowi mogą być również sposobem na uniknięcie niekorzystnych skutków kojarzenia się w bliskim pokrewieństwie. Dla zwierząt, które nie potrafią rozpoznawać stopnia spokrewnienia między osobnikami, mogłoby to być praktycznym rozwiązaniem.

Na styku seksu i przemocy pojawia się zjawisko wojen plemników. Ejakulaty pochodzące od różnych samców konkurują ze sobą o zapłodnienie jaj w drogach rodnych samicy. Mechanizmy tego współzawodnictwa mogą być różne u różnych gatunków – niektóre produkują plemniki kamikadze, niszczące plemniki rywala, inne łączą w agregaty kilkaset plemników. Plemniki ścigające się w takim zespole mogą być szybsze od konkurencji. Innym sprytnym sposobem jest pozbycie się nasienia rywali. Pewną rolę mogą odgrywać tu płyny nasienne, wypłukujące plemniki poprzedników z dróg rodnych samicy bądź unieszkodliwiające je. Niektóre gatunki wynalazły biologiczne pasy cnoty, czyli czopowanie dróg rodnych partnerki, aby uniemożliwić jej kolejne kopulacje. Inne mogą fizycznie uszkodzić partnerkę, tak by kojarzenie się z kolejnym samcem stało się dla niej niebezpieczne. Wszystkie te mechanizmy służą temu, aby wygrać wielki wyścig plemników i zapewnić sobie jak największy udział w potomstwie samic, z którymi udało się kopulować. Jeżeli genetycznie lepsze samce posiadają lepiej konkurujące plemniki bądź bardziej agresywne metody zapewniające przewagę, to kojarzenie się z wieloma samcami powinno poprawiać genetyczną jakość potomstwa samicy. Hipoteza ta zwana jest hipotezą dobrych genów.

Według innej, zakładającej iż konkurencyjność plemników jest odziedziczana – czyli ma podłoże genetyczne – samice kojarzące się z wieloma samcami powinny mieć synów o wyższej konkurencyjności plemników niż średnio każdy z jej partnerów (pamiętajmy, że najbardziej konkurencyjny samiec zapładnia większość jaj danej samicy).

Konkurencja genowa

Większość moich dotychczasowych badań nad regułami rządzącymi światem roztoczy skupiała się właśnie na wielokrotnych kojarzeniach samic. Dlaczego utrzymują się one w cebulowych społecznościach? Jakie mogą przynosić korzyści niewiernym samicom? Zapewne są to korzyści genetyczne, bo wielokrotne kopulacje szkodzą – rozwiązłe samice składają w ciągu życia mniej jaj niż te przetrzymywane w ścisłej monogamii. Jeśli mają mniej potomstwa niż konkurentki, musi to być potomstwo jakościowo lepsze, i to na tyle, by wygrać ewolucyjny wyścig.

Istnieją też hipotezy zakładające, że wielokrotne kopulacje są dla samic szkodliwe i nie przynoszą im żadnego zysku. Unikanie ich mogłoby jednak kosztować samicę więcej czasu i zachodu, a może też samice unikają w ten sposób potencjalnego zranienia bądź zabicia przez samce.

Aby przekonać się, które z tych hipotez mogą być prawdziwe w przypadku rozkruszka, przeprowadziłam serię eksperymentów. W tym miejscu pragnę zaznaczyć, że nasza grupa badawcza jest jedyną grupą na świecie zajmującą się doborem płciowym u Rhizoglyphus robini.

Pierwszy z eksperymentów, jakie przeprowadziłam na roztoczach hodowanych w laboratorium, pokazał, że samice, które kojarzyły się z wieloma samcami, miały bardziej płodne córki niż samice hodowane w ścisłej monogamii. Liczba partnerów matki nie wpływała natomiast na płodność synów ani na długość życia potomstwa obu płci.

Synowie rozwiązłych samic nie byli też lepsi w konkurencji plemników niż synowie „wiernych” żon, choć cecha ta jest odziedziczana, czyli determinowana genetycznie i przekazywana z ojca na syna, dzięki czemu możemy selekcjonować samce roztoczy, które radzą sobie lepiej w wojnach plemników.

Największym naszym odkryciem było znalezienie genu, który ma wpływ na konkurencyjność plemników. Jak to zwykle bywa z wielkimi odkryciami, stało się to przez przypadek. Podczas poszukiwania markerów genetycznych do oznaczenia ojcostwa okazało się, że samce będące nosicielami jednej z form enzymu – dehydrogenazy fosfoglukonianowej (PGDH) – zapładniają zawsze większą frakcję jaj niż ich konkurenci posiadający alternatywną formę tego samego enzymu. Zmienność w obrębie tego genu istnieje tylko w naturze. Po przeniesieniu roztoczy do laboratorium, zgodnie z zasadami teorii ewolucji „zwycięzcy zgarniają wszystko”, forma mniej konkurencyjna znika z populacji, która tym samym traci część zmienności. Dlaczego tak się dzieje?

Okazuje się, że samce, które posiadają gen na niską konkurencyjność, mniej szkodzą samicom niż ich konkurencyjni rywale. Ich partnerki żyją dłużej i składają więcej jaj. W warunkach ścisłej monogamii opłaca się być nosicielem mniej konkurencyjnego i mniej szkodliwego dla samic genu. W warunkach poligamii sumarycznie więcej potomstwa będą miały samce bardziej konkurencyjne, gdyż kojarzyć się będą z wieloma partnerkami i choć każdej z nich trochę zaszkodzą, to w rachunku zysków i strat i tak będą na plusie. W rezultacie będą powoli, ale skutecznie wypierać z populacji rywali.

W chwili, gdy udało się rozwiązać jeden problem, rodzą się następne pytania. Nie podejrzewamy bowiem, aby populacje naturalne były monogamiczne. Jak więc to się dzieje, że gen nie znika z populacji naturalnych? Może ich nosiciele radzą sobie lepiej w warunkach braku pokarmu? Może łatwiej rozprzestrzeniają się z cebuli na cebulę? Może zdobywają przewagę liczebną w chwili, gdy populacja jest mała, a następnie migrują dalej? A może istnieje jeszcze inne wytłumaczenie? Nie wiemy też, w jaki sposób dehydrogenaza fosfoglukonianowa mogłaby determinować konkurencyjność plemników. Być może dziedziczy się razem z innym genem, który na tę cechę wpływa? Zapewne kiedyś znajdziemy na nie odpowiedzi. A wtedy zrodzą się kolejne pytania.