Was wäre ein plausibler Mechanismus für die Empfängnis, an dem eine beliebige Anzahl von Gameten beteiligt ist?

Ich versuche, einen Mechanismus zu entwickeln, durch den sich eine Art auf gemeinschaftliche Weise reproduzieren kann. Eine Anzahl von Individuen, die von zwei bis zu einer beliebig hohen Zahl reicht, kann Gameten zu einer Massenlaichung beitragen, und die daraus resultierenden Nachkommen sind genetisch mit allen Elternteilen verwandt, die dazu beigetragen haben. Dies würde möglicherweise überwiegend kollektivistische Sozialstrukturen wie bei sozialen Insekten ermöglichen, ohne die Population reproduktiver Individuen einzuschränken oder auf eine r-Selektionsstrategie zurückzugreifen, bei der väterliche Beziehungen unbekannt sind und Familiengruppen sich nicht entwickeln könnten. Die Absicht ist, dass jede gegebene Gemeinschaft als eine gigantische biologische Familie fungiert.

Soweit mir bekannt ist, gibt es auf der Erde keinen solchen Fortpflanzungszyklus. Das irdische Leben hat immer nur einen oder zwei Elternteile, die Kern-DNA beisteuern.

EDIT: Das Problem, auf das ich stoße, ist die zelluläre Maschinerie. Ich gehe davon aus, dass der Prozess dem Generationswechsel ähneln würde, bei dem die dominante Generation X-Ploidie aufweist und sich die untergeordnete Generation von Synzytien in X-ploide Zygoten aufteilt. Wie würden die Gameten verschmelzen? Wie würde die Synzytien die Chromosomen in lebensfähige Zygoten sortieren? Was wäre eine ideale Ploidie unter diesem System?

EDIT: Eines der wenigen Beispiele in der Fiktion, die mir einfallen, sind die Than-Thre-Kull aus Gene Roddenberrys Andromeda . Auch wenn es unwahrscheinlich ist, dass es sich entwickelt, muss es eine logische Erklärung geben? Ich habe die Arbeit "Genetische Algorithmen mit Multi-Eltern-Rekombination" gelesen, die mich davon überzeugt hat, dass es möglich ist, aber es ging um Informatik und nicht um Biologie.

Ich bin mir nicht sicher, ob das funktionieren wird, da es so unspezifisch ist. Wenn Sie über biologische Systeme auf einer niedrigen Ebene sprechen, sind sie sehr spezifisch, und eine solche Flexibilität wäre schwierig zu entwickeln, insbesondere wenn man bedenkt, dass der maximale Nutzen / die maximalen Kosten der sexuellen Fortpflanzung mit n Partnern bei n = 2 auftritt.
Die Drummers aus Neil Stephensons Diamond Age könnten eine gute Quelle für Sie sein. In diesem Fall war das informationstragende Material eher ein Haufen Nanomaschinen als organische Gameten, aber das Ritual des Schlagzeugers gegen Ende des Buches würde sich qualifizieren.
@CortAmmon, Nanomaschinen werden ebenso entworfen wie genetische Algorithmen. Dies könnte wahrscheinlich nicht als weiterentwickelter Mechanismus geschehen.
Dies ist vielleicht gut für Situationen, in denen Arten in kurzer Zeit fast aussterben sollten, mit längerer Erholungszeit und wieder an Populationszahl zunehmen. Und diesen Vorgang regelmäßig wiederholen. Einfache Evolution funktioniert mit großen Zahlen.

Antworten (6)

Anstatt eine beliebige Anzahl von Gameten tatsächlich zu mischen, geben Sie dem Organismus eine mikroskopisch kleine Kaste oder Morph, die sich untereinander reproduzieren kann.

Bedenken Sie Folgendes: Die erwachsenen Organismen lassen alle ihre Gameten zusammen in einem Laichbecken fallen, wo sie sich zufällig auf normale sexuelle Weise verbinden. Anstatt sich jedoch zu großen, terrestrischen Erwachsenen zu entwickeln, werden die Zygoten zu mikroskopisch kleinen Tieren, die sehr schnell reifen und sich untereinander vermehren, wodurch mehr mikroskopisch kleine Nachkommen entstehen. Dies setzt sich über mehrere Generationen fort, bevor ein interner oder externer Auslöser dazu führt, dass die mikroskopische Morphe stattdessen Kaulquappen produziert, die sich zu großen, (vermutlich intelligenten?) Erwachsenen entwickeln.

Zu diesem Zeitpunkt werden die Kreaturen, die aus dem Laichbecken kriechen, technisch mehrere Generationen von ihren „Eltern“ entfernt sein und daher eine praktisch zufällige Mischung von Genen aller Elternteile haben, die zum ursprünglichen Pool beigetragen haben.

Genau mein Gedanke: Das OP beschreibt die längerfristige Sicht auf eine Bevölkerung. Machen Sie es schnell mit dem gleichen Effekt. Vorteile: Finden einer optimalen Kombination, bevor viel in Wachstum investiert wird, und verhindern, dass Nicht-Optimale in die Hauptpopulation gelangen.
Diese Form der Heterogamie scheint der effizienteste Mechanismus für die genetische Vermischung mehrerer Elternteile zu sein, da kein Mechanismus vorhanden ist, um mehrere Gameten direkt zu kombinieren. Noch besser, es klingt nach etwas, das sich möglicherweise unter Zooiden in unseren eigenen Ozeanen entwickeln könnte.

Das Hauptproblem bei der Evolution ist, dass es um die Gleichzeitigkeit bei der Fortpflanzung geht. Es würde also in die Richtung gehen, dass ein Individuum möglichst viele Nachkommen anstrebt und sich auch um seine Nachkommen kümmern könnte, um deren Chancen zu verbessern. Eine einfache Lösung wäre, eine Gesellschaft zu konstruieren, die Regeln postuliert, wo dies nicht möglich ist – etwa um Konflikte zu reduzieren.

In der natürlichen Evolution könnte ich mir einige Arten vorstellen, die nur ein einziges Männchen oder Weibchen haben und der Rest der Population das andere Geschlecht hat. Wie die Königin in einer Ameisenkolonie. Auch Nacktmulle entwickelten etwas Ähnliches. Der Grund könnte sein, dass die Individuen kaum genügend Spermien oder Eizellen für die „Königin“ produzieren, sodass jeder Einzelne seinen Beitrag leisten muss. Wenn Sie Kommunisten wollen, könnten Sie die "Königin" ohne Gehirn als ein Fortpflanzungsbecken betrachten.

Vielen Dank, aber leider führt dies zu einer auf Bienenstöcken basierenden Gesellschaft mit einer begrenzten Anzahl reproduktiver Individuen, was ich zu vermeiden versuche. Das Laichen sollte so gestaltet werden, dass alle Mitwirkenden die leiblichen Eltern aller gelaichten Nachkommen sind. Das heißt, ein bestimmtes Individuum könnte X Mütter und Y Väter haben (oder das Äquivalent, wenn die Art hermaphroditisch oder isogam ist).
Angenommen, man könnte mit der Hand winken, dass während des Mischens des Spermas ein Gentransfer stattfindet. Lassen Sie auch alle fruchtbar sein. Mein Gedankengang war, die Königin und die Drohnen als Vermittler für die ganze Kolonie zu sehen und einen Weg zu finden, der solche Vermittler nicht benötigt.

Da DNA im Grunde aus zusammengesetzten Genen besteht, möchten Sie vielleicht, dass jedes einzelne Individuum, das einen Beitrag leistet, einen Teil dieser DNA im "Pool" hat. Das Aufspalten und Rekombinieren dieser DNA könnte die Lösung Ihres Problems sein. Dann wird Ihr Kind eine völlig neue DNA haben, die 10 % der DNA von Elternteil 1, 20 % der DNA von Elternteil 2 usw. enthält.

Wichtige Sache

Die Verwendung von DNA ist, wie jemand zuvor sagte, an einen ganz bestimmten Mechanismus im Reproduktionszyklus gebunden. Es ist zerbrechlich und neigt dazu, leicht zu mutieren. Mehr Eltern = mehr Mutation.

Dies gibt keinen Mechanismus an. Wie passen Sie ähnliche genetische Einheiten (dh Chromosomen) an? Wie gehen Sie mit nicht übereinstimmenden Sequenzlängen um? Wie wählt man einen „Gewinner“ aus dem Kandidatenpool aus? Wenn der Mechanismus zu kompliziert ist, entwickelt er sich nicht weiter, er müsste konstruiert werden.
@MontyWild Eigentlich sollte die DNA etwas anders aufgebaut sein als unsere. Auch wenn unsere Gene spezifisch sind, besteht das Hauptproblem darin, den geschnittenen Teil der DNA zu verketten. Die Struktur der DNA wäre dem Pool bekannt, der eine Struktur mit spezifischen Markern erstellen würde, und Gene würden daran "haften". Je schneller zur Stelle, der Gewinner. Wenn die DNA vollständig ausgebildet ist, würde der Pool den Reproduktionszyklus aktivieren, indem er Hormone absondert. Beachten Sie, dass ich zustimme, dass der Mechanismus der Multi-Gameten-Reproduktion viel zu kompliziert ist, um in der Realität plausibel zu sein.

Ich erinnere mich nicht an das genaue Volumen, in dem es erwähnt wurde, aber die Yeerks in Animorphs waren eine Art von Schnecken, die sich reproduzierten, indem sie etwa drei ihrer Art "kombinieren" und sich dann in viele Nachkommen replizieren. Dies bedeutete letztendlich, dass drei Yeerks dabei starben, um sich fortzupflanzen, aber es gab immer noch ziemlich viele Nachkommen.

Wie dies auf zellulärer Ebene funktioniert, ist jedoch nicht wirklich klar, und es ist möglich, dass die Yeerks ihre Zellen nur in mehrere Organismen aufteilen, da sie bereits etwas Ähnliches mit Gehirnen tun können.

Letztendlich muss jedes System, das Sie verwenden, bei jeder Kopulation mehrere Nachkommen hervorbringen.

Eine Idee wäre, dass die Art schleimige Eier an einem Ort ablegen könnte. Der Schleim um die Eier könnte auch Gameten enthalten, die in andere Eier eindringen; jedoch würde nicht jeder Gamete einen vollständigen Chromosomensatz benötigen. Jedes Ei kann sich je nach Umgebungsbedingungen für bestimmte chromosomale Varianten entscheiden, die akzeptiert werden sollen, und würde letztendlich mehrere Gameten annehmen und Chromosomen von jedem auswählen und auswählen. Alternativ könnte es tatsächlich 3-5 verschiedene Arten von Gameten geben, die die Eier akzeptieren, was letztendlich die Nachkommenschaft auf jeweils nur 1 "Mutter" und 5 ~ "Väter" beschränkt. (Nicht, dass die Väter außerhalb von Gentests wirklich identifizierbar wären)

Es ist ein kompliziertes System, und es könnte tatsächlich alle paar Chargen zu ein paar missgebildeten Nachkommen führen, aber es würde am Ende das gewünschte Ergebnis erzielen,

Wie wäre es mit Links?
Mehrere Arten von Gameten? Das könnte tatsächlich funktionieren. Wie, glauben Sie, würde es mit dem Vorschlag alternierender Generationen interagieren?

Es klingt, als hätten Sie etwas, das einer Orchidee ähnelt. Einige Pflanzen haben standardmäßig polyploide Chromosomen, und Orchideen können triploide (3x), tetraploide (4x) und sogar pentaploide (5x) Chromosomensätze haben. Polyploidie bei Pflanzen ist nicht immer so tödlich wie bei anderen Organismen wie dem Menschen. Bei Pflanzen scheint es sie einfach fantastischer zu machen. Wenn Sie also eine außerirdische Rasse haben, die es genießt, mehr Blütenblätter, mehr Flossen und mehr Tentakel zu haben, dann schauen Sie sich zur Inspiration Pflanzen, Beta-Fische und Anemonen an. Vielleicht gibt es immer noch zwei Geschlechter, aber die Gene „stapeln“ sich, wenn Sie Gruppensex haben. Zum Beispiel kann eine Eizelle von zwei oder drei verschiedenen Individuen bestäubt werden und die Eizelle/Eizelle ist damit völlig einverstanden.

Oder vielleicht gibt es drei Geschlechter. Männlich, weiblich und Genmischer. Also machen der männliche und der weibliche Teil ihr Ding, und der dritte steuert eine Art RNA-Fabrikgerät bei, das sie zerlegt und in einer anderen Reihenfolge wieder zusammenfügt, im Frankenstein-Stil. Nehmen Sie zum Beispiel eine Gruppe befruchteter Eier und mischen Sie dann die DNA, indem Sie Codesegmente zwischen ihnen austauschen. Stellen Sie sich vor, Sie nehmen Lego-Teile aus verschiedenen Bausätzen und machen jeden Bausatz ein wenig anders, indem Sie als Analogie einige Steine ​​austauschen.

Eine Möglichkeit wäre der Chimärismus. Vielleicht führt die Reproduktion zu zahlreichen Zygoten mit jeweils zwei Elternteilen (im Fall von zwei Elternteilen wären alle Zygoten im Wesentlichen Vollgeschwister, während mehr als zwei Elternteile zu Zygoten mit unterschiedlicher Abstammung führen). Anstatt jedoch ausschließlich durch mitotische Zellteilung zu einem vielzelligen Erwachsenen heranzuwachsen, wie es normalerweise menschliche Zygoten tun, sind diese Zygoten so konzipiert, dass sie andere Zygoten suchen und sich mit ihnen verbinden, um eine Chimäre zu schaffen - einen vielzelligen Organismus mit genetisch unterschiedlichen Zelllinien. Dies passiert gelegentlich Menschen im Fall von verschwindenden Zwillingen, bei denen sich Zwillinge bilden und einer stirbt und in der frühen Schwangerschaft von seinem Geschwister absorbiert wird, aber bei Ihrer Spezies ist dies die Norm.

Nun, welchem ​​Zweck sollte das dienen? Nun, Chimärismus kann Vorteile für das Immunsystem haben, da genetisch unterschiedliche Immunzellen effektiver gegen verschiedene Bedrohungen schützen können. Wenn eine Zygote sehr gut darin gewesen wäre, Pathogen A abzuwehren, aber schwach gegenüber Pathogen B, und die andere das umgekehrte Muster gehabt hätte, wird ihre Chimäre mäßig gut darin sein, beide Pathogene zu bekämpfen.

Darüber hinaus bildet es möglicherweise die Grundlage für die Zelldifferenzierung. Zellen in vielzelligen Organismen entscheiden, welche Rolle sie spielen, basierend auf chemischen Signalen von benachbarten Zellen. Vielleicht führt irgendeine Form der chemischen Verhandlung dazu, dass sich jede Zygote entscheidet, sich auf einen bestimmten Zelltyp zu spezialisieren. Dies könnte dazu führen, dass Zygoten ausgewählt werden, die besser geeignet sind, bestimmte Zellen zu bilden – zum Beispiel könnte eine Zygote mit einer schädlichen Mutation daran gehindert werden, Zellen zu bilden, die das mutierte Gen exprimieren, wie Lungenzellen, wenn die Mutation die Bildung von Lungenschleimhaut beeinflusst (wie zystische Fibrose). Sie möchten jedoch immer noch, dass alle Zygoten zur Entwicklung von Immunzellen beitragen, sonst erhalten sie nicht die immunologischen Vorteile des Chimärismus.

Welche Zygoten auch immer die Fortpflanzungsorgane bilden, sie werden die einzigen sein, die ihre Gene weitergeben, sodass Sie wahrscheinlich eine erhebliche Konkurrenz zwischen den Zygoten um diese Rolle sehen würden. Eine Möglichkeit wäre, dass sich mehrere Gameten produzierende Drüsen in mehreren Körperregionen bilden, zum Beispiel würde diese Art Schweißdrüsen umfunktionieren, um Gameten zu produzieren. Alternativ können sie einfach jede Zygote in einem bestimmten Entwicklungsstadium Protogametenzellen in den Blutkreislauf freisetzen lassen, und diese Zellen werden von den sich entwickelnden Fortpflanzungsdrüsen angezogen und sammeln sich dort an.

Dieses System könnte leicht zu einem Geschlechtssystem führen, bei dem jede Zygote nur eine Art von Gameten produzieren kann. Bei Individuen mit zwei Elternteilen würde dies zu unterschiedlichen Geschlechtstypen führen, analog zu männlich und weiblich, während Chimären mit mehreren Elternteilen einige Individuen haben würden, die beide Arten von Gameten produzieren (wobei Hermaphroditen häufiger sind, je mehr Eltern zum Nachwuchs beitragen).