Jest 6 rano. Możliwie jak najciszej stąpam przez rozbudzony późnowiosenny las. Tutaj, na Gotlandii – szwedzkiej wyspie położonej na Bałtyku – daje o sobie znać „skandynawska” długość dnia, którego poświata nie znika z horyzontu nawet w środku nocy. Przybysz z Polski, poza wyjątkowo jasnym i nisko wiszącym słońcem, nie zobaczyłby w tym lesie niczego niezwykłego – wysokie dęby, rzadki podszyt, podświetlona na złoto mgła snująca się po ziemi. Dla mnie jednak ten las, jak i wiele innych na tym małym skrawku lądu, to prawdziwa skarbnica wiedzy i warsztat pracy naukowej. Od lat 80. XX wieku biolodzy z całego świata prowadzą na Gotlandii badania obejmujące ogromną, bo liczącą prawie 3 tys. budek lęgowych, populację trzech gatunków tzw. dziuplaków, czyli ptaków gniazdujących naturalnie w dziuplach wydrążonych w drzewach. Muchołówka białoszyja, sikora bogatka oraz sikora modra – oto bohaterowie Gotlandii. Wprawdzie występują w całej Europie, ale właśnie tutaj, na Gotlandii, można badać je w wystarczających zagęszczeniach. Tutaj także chętnie powracają w kolejnych latach, pozwalając na wieloletnie śledzenie konkretnych osobników. Choć ogrom pracy, jaki należy włożyć w zaplanowanie i przeprowadzenie takich badań, wymaga udziału dziesiątek ludzi, w tej jednej chwili, otoczony mrocznym lasem i rozsypanymi kopcami kamieni, czuję się jednym jedynym śmiałkiem zgłębiającym tajemnice tego miejsca.

Gen poligamii

Moim celem jest OJ212. To kod oznaczający jedną konkretną budkę lęgową, zasiedloną przez parę sikor modrych. Godzinę wcześniej odwiedziłem tę samą budkę, aby założyć w niej niewielką pułapkę zapadkową. Jest czerwiec, więc dno budki zajmuje teraz zadeptane gniazdo oraz dziesiątka wiecznie wygłodniałych piskląt, których jaskrawe dzioby otwierają się, gdy tylko uchyli się wieko budki. Pisklęta mają 6 dni, więc jeszcze nie widzą i każdy dźwięk jest dla nich oznaką rodzica powracającego z pokarmem – co skrzętnie wykorzystuję wiedząc, że intensywnie karmiący rodzice wrócą po moim odejściu wskakując przez otwór budki i zatrzaskując za sobą zapadkę pułapki.

Teraz, gdy zbliżam się do budki, staram się działać szybko, by zbytnio nie stresować złapanego ptaka. Szybkim ruchem otwieram uchylny daszek budki i przez powstałą szczelinę zaglądam do środka. Dorosły ptak agresywnie syczy i wciska się głębiej – zdecydowanym ruchem ręki wyciągam go z budki i wkładam do płóciennego woreczka, notując przy okazji brak obrączki na nodze ptaka. To dopiero początek dnia – wiem, że będę dziś musiał wykonać kilkadziesiąt takich akrobacji. Zadowolony z efektu usuwam z budki pułapkę i szybko odchodzę. Drugi rodzic nie musi już przechodzić przez rytuał łapania; dwa dni wcześniej złapałem i zaobrączkowałem ojca piskląt z gniazda OJ212. No właśnie – ojca…

Mówi się, że zdrada jest tak stara, jak cywilizacja. Powiem więcej – zdrada jest niemalże tak stara, jak świat. Dla biologa ewolucyjnego takie stwierdzenie jest równie oczywiste, jak obserwacja, że kręgowce potrzebują do życia tlenu. Gdy kilkadziesiąt lat temu biologia ewolucyjna wchodziła w świat genetyki molekularnej, a ekolodzy po raz pierwszy przekraczali progi laboratoriów genetycznych, nikt chyba nie mógł przewidzieć rewolucji, jaką to zapowiadało. Pozornie identyczne osobniki okazały się niezwykle zmienne na poziomie genetycznym, populacje jednego gatunku ujawniły niebywałe poziomy różnorodności genetycznej, a biolodzy dostali do ręki zupełnie nowe narzędzia pozwalające śledzić losy osobników w dzikich populacjach.

Właśnie dzięki „ponownemu” odkryciu genetyki molekularnej przez biologów ewolucyjnych pewna głęboko skrywana prawda wyszła na jaw. Okazało się, że wiele „porządnych”, monogamicznych gatunków, zwłaszcza ptaków, wcale takimi porządnymi nie jest… Wykorzystując molekularne techniki ustalania ojcostwa w dziko żyjących populacjach ptaków, wykazano, że u wielu tzw. socjalnie monogamicznych gatunków powszechne jest zjawisko kopulacji pozapartnerskich. Innymi słowy, mimo pozornej, „socjalnej” monogamiczności u takich gatunków występuje genetyczna poligamia i wiele lęgów charakteryzuje się wielokrotnym ojcostwem. Obecnie wiemy, że prawie 90 procent wszystkich monogamicznych gatunków ptaków to tak naprawdę gatunki genetycznie poligamiczne, w których samica aktywnie poszukuje kojarzeń z partnerem innym niż jej partner socjalny.

Dlaczego taka strategia rozrodcza wyewoluowała? Co sprawia, że samice wielu gatunków ptaków, nie zważając na ryzyko przenoszonych drogą płciową chorób czy groźbę porzucenia ich lęgów przez partnera socjalnego, decydują się na tego typu zachowanie?

Konkurencja plemników

Przede mną na sterylnym blacie spoczywa statyw z kilkunastoma plastikowymi fiolkami – każda z nich zawiera niewielką ilość ptasiej krwi. Zdobycie takich próbek jest łatwe w przypadku potomstwa; wystarczy odwiedzić gniazdo kilkanaście dni po wykluciu się jaj, tuż przed wylotem piskląt z gniazda. Jeśli chodzi o osobniki dorosłe, tutaj sprawa jest trudniejsza. Niektóre dorosłe sikory modre łatwo wpadają do pułapek założonych wewnątrz budki. Zdarzają się jednak osobniki ostrożne, które zdają się widzieć delikatny drucik wewnątrz ciemnej budki i za nic w świecie nie chcą do niej wejść. Zdobycie próbki krwi od takiego ptaka wymaga wielkiej cierpliwości.

To jednak dopiero początek. Z każdej muszę wydobyć ptasie DNA i wykorzystując technikę PCR powielić konkretne regiony tego DNA setki milionów razy. Te specjalne regiony DNA to tzw. mikrosatelity – specjalne sekwencje złożone z powtarzających się elementów, np. CGUCGUCGUCGU. Ilość takich powtórzeń określa dokładnie „wersję” (czyli allel) takiego mikrosatelity. Co najważniejsze, każdy gatunek ma całe mnóstwo mikrosatelit rozrzuconych po całym genomie, a w każdej populacji osobników takiego gatunku istnieje wiele różnych alleli każdej analizowanej mikrosatelity. Ta olbrzymia zmienność jest naszym sprzymierzeńcem; znając wystarczająco wiele mikrosatelit danego osobnika, możemy go z dużym prawdopodobieństwem zidentyfikować, przypisując mu coś w rodzaju genetycznego kodu kreskowego. Co więcej, ponieważ połowa genomu każdego osobnika pochodzi od matki, a połowa od ojca, spodziewamy się znaleźć u niego niektóre allele pochodzące od ojca i niektóre pochodzące od matki. Daje nam to niezwykłą możliwość poznania prawdziwych więzów rodzinnych w każdym gnieździe.

Szumiący termocykler przeprowadza za mnie reakcję PCR, ja natomiast siadam przed wielkim sekwenatorem DNA. To jest właśnie urządzenie, które pozwala mi odkrywać tajemnice kryjące się w sikorzych rodzinach. Spoglądam na genotypy mikrosatelitarne jednej przykładowej rodziny. Tak jak się można spodziewać, prążki oznaczające mikrosatelitarne allele u wszystkich osobników znajdują się także w genotypach ojca lub matki. Wszystkich poza dwoma, które wprawdzie posiadają allele pochodzące od ich matki, ale mają także dwa allele, których nie posiada ani matka, ani ojciec. Zafascynowany spoglądam na jarzące się kolorowe prążki, jedyny ślad tego, co zdarzyło się w tej rodzinie w nadbałtyckim lesie…

Zdrada jest niebezpieczna. Ponieważ samica musi aktywnie poszukiwać dodatkowych partnerów, ryzykuje los ofiary jakiegoś drapieżnika oraz pogorszenie kondycji związane z takim poszukiwaniem. Wreszcie jej prawdziwy partner, przekonawszy się o zdradzie, może porzucić cały lęg, skazując wiele piskląt na śmierć; samica nie byłaby w stanie sama wyżywić i doprowadzić do wylotu wszystkich piskląt. Dlaczego zatem samice decydują się na taką grę? Jak zawsze w biologii ewolucyjnej liczą się tutaj korzyści, nie tylko koszty. Zupełnie jak w księgowości, jeśli zyski przewyższą poniesione koszty, wszystko będzie opłacalne. Na tym polega siła ewolucji i doboru naturalnego. Nawet jeśli pojedyncze samice poniosą konsekwencje swoich niewierności, jeśli tylko średnio w całej populacji zachowanie polegające na kopulacjach pozapartnerskich będzie korzystne, utrzyma się ono w populacji i będzie faworyzowane.

Siły doboru naturalnego, które doprowadziły do ewolucji kopulacji pozapartnerskich, muszą być znaczne. Widoczne jest to nie tylko w postaci zachowań samic poszukujących alternatywnych partnerów, ale także w ewolucji określonych zachowań samców, mających na celu „strzeżenie” ojcostwa. Jednym z najbardziej klasycznych przykładów jest pokrzywnica, niewielki ptak z grupy płochaczy, której badania w latach 80. przyniosły sławę jednemu z najbardziej znanych ekologów behawioralnych, Nicholasowi Daviesowi. Davies zauważył, że u pokrzywnic samce zachowują się w sposób bardzo szczególny – w okresie rozrodczym wielokrotnie (nawet do 100 razy dziennie!) kojarzą się ze swoimi partnerkami, a wiele z tych kojarzeń poprzedzają dziobaniem okolicy kloaki samicy, próbując zmusić ją do usunięcia nasienia, jakie mógł tam pozostawić inny, obcy samiec. Mimo tych zachowań, mających ograniczyć zapłodnienia ze strony obcych samców, DNA potomstwa u pokrzywnic ujawnia istnienie sporej proporcji piskląt spoza pary socjalnej.

Badania nad pokrzywnicami były też jednymi z pierwszych, które wykazały istnienie konkurencji o samicę nawet po zapłodnieniu. Ta tzw. konkurencja plemników to kolejny poziom, na jakim odbywa się decydowanie o tym, kto zdobędzie przywilej posiadania większej ilości potomstwa. A przecież właśnie to, ile kopii swoich genów przekazuje się do kolejnych pokoleń, decyduje o dostosowaniu, czyli ewolucyjnej „jakości” osobnika. Pilnowanie samic, wojny plemników, ryzyko, czy naprawdę korzyści, jakie niosą kopulacje pozapartnerskie, są tak wielkie, by uzasadnić ewolucję tych wszystkich niezwykłych zachowań?

Zagadka środowiska

Fizycy mają swój bozon Higgsa. My, biolodzy ewolucyjni, też mamy swoje nierozwiązane tajemnice. Wyjaśnienie ewolucji kopulacji pozapartnerskich to jedna z nich. Choć każdego roku dziesiątki badaczy na całym świecie zgłębiają ten problem, ten jeden wynik „ostateczny” i odpowiedź na pytanie „dlaczego?” są ciągle ulotne.

Wiemy już, czego samice tak naprawdę mogą się „spodziewać” po kopulacjach pozapartnerskich. Kluczowe jest tutaj to, że samiec spoza pary nie opiekuje się swoim dodatkowym potomstwem, w żaden sposób nie pomaga obcej samicy w wychowaniu jego potomstwa. Pozostaje on ze swoją socjalną partnerką, karmiąc potomstwo w swoim gnieździe. Samica nie otrzymuje zatem od partnera spoza pary żadnych mierzalnych, bezpośrednich korzyści. O co w takim razie jej chodzi? O geny. O te same geny, które tak zachwyciły biologów ewolucyjnych, gdy tylko dostali oni wgląd w ich tajemnice. Geny bowiem mogą być lepsze i gorsze, a dokładniej mówiąc – mogą zapewniać wyższe i niższe dostosowanie, zwiększając lub zmniejszając szanse danego osobnika na wyprodukowanie potomstwa. Samica więc, zamiast stawiać wszystko na jedną kartę, postanawia niektórym swoim młodym zapewnić inne geny, potencjalnie lepsze niż te, których dostarczył jej socjalny partner. Badania jednoznacznie wskazują, że faktycznie samce spoza pary są często większe, silniejsze lub bardziej kolorowe niż socjalni partnerzy, a oczywiste jest to, że w sytuacji ograniczonej liczby dostępnych partnerów niektóre samice skojarzą się z osobnikami lepszymi, inne zaś – z gorszymi. Czy w takiej sytuacji potomstwo dodatkowego samca spoza pary nie powinno już na starcie być „lepsze”, niż potomstwo pochodzące od socjalnego partnera?

I tutaj pojawia się coś, co już wielokrotnie niszczyło prosty obraz ewolucyjnych zależności: środowisko. Środowisko – rozumiane jako wszystko dookoła osobników, które badamy – ma tę nieprzyjemną właściwość, że zmienia się najczęściej dość nieprzewidywalnie. Jest więc całkiem możliwe, że „wyższość” potomstwa spoza pary w jednym środowisku może zupełnie się odwrócić, gdy to środowisko się zmieni. I choć utrudnia to odkrycie mechanizmu stojącego za ewolucją kopulacji pozapartnerskich, ostatnie wyniki badań, również tych, w których miałem okazję wziąć udział na Gotlandii, potwierdzają taką środowiskową zależność korzyści płynących ze zdrad u ptaków.

Czy to skreśla takie badania? Czy nie porywamy się z motyką na słońce, próbując rozsupłać coś, co ze swojej natury trudne jest do przewidzenia i opisania liczbami? A czy nie na tym polega nauka? Kto wie, może jedna mała ptasia zdrada na wietrznej Gotlandii zmieni nasze spojrzenie na związek genów i środowiska?