The effect of ethanol on pre-zygotic barriers between Drosophila melanogaster and D. simulans
(2025) BION02 20251Degree Projects in Biology
- Abstract
- Sexually reproducing species tend to have reproductive barriers between them that prevent hybrid offspring from being formed. Drosophila melanogaster and D. simulans are two closely related species that can form sterile hybrids. In addition to their post-zygotic barriers, which cause the hybrid sterility, some behavioral pre-zygotic barriers also exist. These include different preferences for courtship songs and pheromone profiles. These species are cosmopolitan and come into close contact with each other and to ethanol, both through their mating locations on (over)ripe fruits and their proximity to breweries in cities. Ethanol is known to generally affect sexual behavior and at lower doses it tends to cause sexual disinhibition. Previous... (More)
- Sexually reproducing species tend to have reproductive barriers between them that prevent hybrid offspring from being formed. Drosophila melanogaster and D. simulans are two closely related species that can form sterile hybrids. In addition to their post-zygotic barriers, which cause the hybrid sterility, some behavioral pre-zygotic barriers also exist. These include different preferences for courtship songs and pheromone profiles. These species are cosmopolitan and come into close contact with each other and to ethanol, both through their mating locations on (over)ripe fruits and their proximity to breweries in cities. Ethanol is known to generally affect sexual behavior and at lower doses it tends to cause sexual disinhibition. Previous studies have indicated that both these species become sexually disinhibited toward conspecific potential mates when exposed to significant levels of ethanol. Here, I investigate whether this phenomenon extends interspecifically and whether their behavioral reproductive barriers are affected. I paired simulans males with both simulans and melanogaster females, separately. For both the conspecific and heterospecific pairings, I created four different treatment combinations where either sex was sober or intoxicated. In the conspecific pairing, I find that female ethanol treatment significantly increased the number of courtships but decreased offspring. In the heterospecific pairing, female ethanol treatment did seem to increase courtship, while male intoxication caused a near cessation of courtship and a reduction in offspring counts . The most surprising result was that ethanol affected male sexual behavior very differently depending on female species. I provide a mechanistic hypothesis for this finding and speculate on the evolutionary and ecological implications of my results. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Två flugarter: mer alkohol, mer sex?
Artbildning är en av de viktigaste processerna inom evolutionsbiologi. För att en art ska bli två krävs det att arten formar två grupper som inte reproducerar sig med varandra. Om en sådan reproduktiv isolering, som det kan kallas, fortgår i flera generation kan så pass många genetiska skillnader åsamlas mellan grupperna att hybrider (avkommor från två olika typer) blir mindre livskraftiga än avkommorna som produceras inom artens vardera grupper. Det kan t.ex. röra sig om sterilitet eller dödsfall under utvecklingsstadier. Mekanismerna som förhindrar reproduktionen mellan grupper kallas för reproduktiva barriärer och finns i många typer, varav den enklaste är att grupperna helt enkelt befinner sig... (More) - Två flugarter: mer alkohol, mer sex?
Artbildning är en av de viktigaste processerna inom evolutionsbiologi. För att en art ska bli två krävs det att arten formar två grupper som inte reproducerar sig med varandra. Om en sådan reproduktiv isolering, som det kan kallas, fortgår i flera generation kan så pass många genetiska skillnader åsamlas mellan grupperna att hybrider (avkommor från två olika typer) blir mindre livskraftiga än avkommorna som produceras inom artens vardera grupper. Det kan t.ex. röra sig om sterilitet eller dödsfall under utvecklingsstadier. Mekanismerna som förhindrar reproduktionen mellan grupper kallas för reproduktiva barriärer och finns i många typer, varav den enklaste är att grupperna helt enkelt befinner sig väldigt långt ifrån varandra geografiskt och aldrig stöter på varandra.
När två grupper väl har blivit genetiskt skiljda och hybriderna är mindre konkurranskraftiga (t.ex. sterila eller icke livsdugliga) än s.k. rasrena avkommor, så är det bra för grupperna att kunna urskilja varandra. Annars spenderar de tid och resurser på avkommor som i sin tur inte kommer att reproducera. Det är därför väldigt vanligt att närbesläktade arter har olika beteenden gentemot varandra för att se till att de inte parar sig med varandra.
Världens mest studerade art är bananflugan Drosophila melanogaster och den har en nära släkting, D. Simulans. Dessa arter kan hybridisera men deras avkommor är sterila. De särskiljer varandra genom bl.a. feromoner och har utvecklat ett ömsesidigt ogillande av varandras doftprofiler. Beteendebaserade barriärer är betydligt mer flexibla än t.ex. genetiska sådana, men har potentiellt större risk att bli rubbade av miljöpåverkan. Dessa flugor parar sig på rutten frukt som kan innehålla flera procent etanol. Bland människor är alkohol känt för att påverka sexuellt beteende, där berusning ökar sannolikheten att delta i sexakter.
Detta fenomen har också påvisats i dessa två bananflugearter, i studier inom arterna. Eftersom det är viktigt för dessa flugor att kunna särskilja varandra undrade jag ifall alkohol skulle försämra den förmågan och öka sexuellt beteende mellan arterna.
För att besvara frågan parade jag ihop simulans-hanar med melanogaster-honor i fyra olika behandlingskombinationer: 1) böda kön nyktra, 2) endast honor berusade, 3) endast hanar berusade och 4) båda kön berusade. Jag kunde då observera alla kombinationer och se hur alkohol påverkade sexuellt beteende. Jag räknade hur många gånger jag såg hanar uppvakta honor som ett tecken på hanarnas sexuella upphetsning. För honornas sexlust räknade jag hur många parningar jag såg samt hur många avkommor de producerade (fler parningar ger fler befruktade ägg och därmed fler avkommor).
Jag förväntade mig att se att berusning skulle leda till ökat sexuellt beteende. Istället såg jag motsatsen eller inget föhållande alls. Honornas beteende påverkades inte alls av alkoholen. Nyktra hanar uppvaktade honor utan problem medan berusade hanar i princip avstod helt. För att säkerställa att det inte var alkoholen i sig som berövade hanarna av sexlust eller skadade dem gjorde jag ännu ett experimentet fast där honorna också var av arten simulans.
I detta samartade experimentet såg jag inga skillnader i uppvaktningar, vare sig hanarna var berusade eller nyktra. Bevisligen förhindrar berusningen inte hanar från att uppvakta honor, så länge honan är av samma art. Med tanke på att nyktra hanar uppvaktar melanogaster-honor är det alltså kombinationen av alkohol och olikartade honor som orsakar ett stopp för uppvaktning. Motsatt till mina prediktioner betedde hanarna sig bättre när de var berusade med tanke på att de sparar sina resurser istället för att ödlsa dem på olikartade honor.
Ett annat intressant fynd var att i både det olikartade och samartade experimentet ökades hanarnas uppvakting ifall honorna var berusade. Jag är fortfarande inte säker på ifall berusade honor faktiskt är mer attraktiva eller om det krävde fler uppvaktningar för att komma upp i samma antal parningar.
Så trots att det finns tidigare studier som tyder på att alkohol skulla öka sexuellt beteende, åtminstone inom arterna, såg jag ingen sådan ökning vare sig inom simulans-flugorna eller mellan simulans-hanar och melanogaster-honor. Det är möjligt att dessa arter har selekterats för att kunna särskilja varandra medan de är berusade eftersom, i naturen, stöter de ju på varandra på alkoholproducerande frukter. Hursomhelst är vår förståelse för hur alkohol påverkar flugors, och djur mer generellt, sexuella beteende ännu i ett väldigt låghaltigt stadie och min studie har definitivt jäst på förvirringen ännu mer.
Masterexamensprojekt i Evolutionsbiologi 45 hp 2025
Biologiska institutionen, Lunds Universitet
Handledare: Jessica Abbott och Katrine Lund-Hansen
Biologiska institutionen (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9215061
- author
- Persson, Linus
- supervisor
- organization
- course
- BION02 20251
- year
- 2025
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- language
- English
- id
- 9215061
- date added to LUP
- 2025-11-07 11:24:00
- date last changed
- 2025-11-07 11:24:00
@misc{9215061,
abstract = {{Sexually reproducing species tend to have reproductive barriers between them that prevent hybrid offspring from being formed. Drosophila melanogaster and D. simulans are two closely related species that can form sterile hybrids. In addition to their post-zygotic barriers, which cause the hybrid sterility, some behavioral pre-zygotic barriers also exist. These include different preferences for courtship songs and pheromone profiles. These species are cosmopolitan and come into close contact with each other and to ethanol, both through their mating locations on (over)ripe fruits and their proximity to breweries in cities. Ethanol is known to generally affect sexual behavior and at lower doses it tends to cause sexual disinhibition. Previous studies have indicated that both these species become sexually disinhibited toward conspecific potential mates when exposed to significant levels of ethanol. Here, I investigate whether this phenomenon extends interspecifically and whether their behavioral reproductive barriers are affected. I paired simulans males with both simulans and melanogaster females, separately. For both the conspecific and heterospecific pairings, I created four different treatment combinations where either sex was sober or intoxicated. In the conspecific pairing, I find that female ethanol treatment significantly increased the number of courtships but decreased offspring. In the heterospecific pairing, female ethanol treatment did seem to increase courtship, while male intoxication caused a near cessation of courtship and a reduction in offspring counts . The most surprising result was that ethanol affected male sexual behavior very differently depending on female species. I provide a mechanistic hypothesis for this finding and speculate on the evolutionary and ecological implications of my results.}},
author = {{Persson, Linus}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{The effect of ethanol on pre-zygotic barriers between Drosophila melanogaster and D. simulans}},
year = {{2025}},
}