Голод заставил миног вырастать самцами

Исследователи из Геологической Службы США и Университета штата Мичиган впервые показали, что детерминация пола может зависеть от скорости роста организма. Наблюдения были сделаны на паразитических миногах, личинки которых помещали в бедные и богатые пищей водоемы. Исследование опубликовано в Proceedings of the Royal Society B. Пресс-релиз выпущен в Nature.

Миноги — бесчелюстные позвоночные, обитающие как в океанах, так и в пресной воде, длиной от десяти сантиметров до метра. Наряду с миксинами они представляют более древний класс по сравнению с хрящевыми и костистыми рыбами. Существует около сорока видов миног, но более всего известны паразитические их виды — присасываясь к рыбам (например, к лососевым), они вгрызаются в их кожу и питаются кровью и мышцами. Размножаются миноги только в пресной воде, и первые несколько лет своей жизни проводят в личиночной форме, которая называется «пескоройка» и более всего напоминает ланцетника .

Детерминация пола — биологический процесс, в ходе которого развиваются половые характеристики организма. Большинство видов имеет два пола или являются гермафродитами. У млекопитающих, например, детерминация пола происходит в зависимости от состава хромосом. У многих рептилий (в том числе крокодилов, ящериц, черепах и гаттерий) пол определяется температурой, при которой развивалась особь. Существует гипотеза, что именно из-за этого и вымерли динозавры — она основывается на том, что если при изменении климата из яиц стали бы развиваться детеныши только одного пола, то размножение прекратилось бы. Кроме того, некоторые организмы способны менять пол в течении жизни — например, у тропических рыб-клоунов доминирующая особь в стае становится самкой. А у некоторых членистоногих пол и вовсе определяется бактериальной инфекцией.

Механизмы детерминации пола у рыб могут быть связаны как с генетическими аспектами, так и подвержены влиянию среды. Большинство предыдущих исследований, касающихся определения пола рыб, проводилось на костистых рыбах. В данном проекте в качестве объекта эксперимента были взяты более древние организмы — паразитические миноги Petromyzon marinus, о которых было известно, что популяции их могут существовать с очень сильным перевесом в сторону самцов, но было непонятно, как это происходит и почему не мешает им выживать. Еще в семидесятых годах их численность в Великих Озерах начали контролировать с помощью химических реагентов, что приводило к изменению соотношения полов в популяции, благодяря чему стало очевидно, что детерминация пола у миног зависит от воздействия среды, но каким именно образом, оставалось неясным.

Пескоройки сначала не имеют развитых половых органов, их гонады формируются в течение нескольких первых лет их жизни. Для того, чтобы гонады начали развиваться, пескоройке необходимо достичь девяти сантиметров в длину, однако известны случаи, когда и 14-сантиметровые пескоройки все еще не имели полностью дифференцированных гонад. Процесс обратной смены пола у взрослых миног еще не вполне изучен, поэтому в рамках данного исследования между первичным процессом развития гонад и вторичной сменой пола разделения не проводилось.

Пескороек размером от четырех до четырнадцати сантиметров вылавливали с помощью электролова, помечали и отпускали в ручьи, богатые пищей, и в озера, где питаться было практически нечем. Предварительно каждую зону обрабатывали «ламприцидами» — специальными реагентами, избавляющими среду от диких миног. В каждой зоне оказывалось от 1500 до 3000 меченых особей. Затем их вновь вылавливали и определяли их пол, а полученные числа использовали для построения регресионной модели.

Выяснилось, что на ранних этапах распределение полов в бедной и богатой среде бывает примерно одинаковым (с перевесом в сторону самцов), но с течением времени в богатой среде доля самок начинает все больше и больше расти. Для пескороек, гонады которых развились через 3 года после начала эксперимента, вероятность стать самцом в голодных условиях составила 78 процентов, а в богатой среде — всего 56 процентов, тогда как на ранних этапах эти вероятности были близки и составляли 71 и 72 процента. Данный эксперимент показывает, что именно быстрый рост, связанный с наличием большого количества пищи, а не другие факторы, такие как плотность популяции, помогает организму миноги «решить» в пользу яйцеклеток. Такой механизм предложен впервые, и ученые надеятся в дальнейшем исследовать его более подробно.

Изучение миног имеет большую значимость с точки зрения понимания разных эволюционных процессов. Раньше мы уже рассказывали о том, как с их помощью исследовали особенности эволюции головного мозга у позвоночных. Кроме того, миноги наносят большой вред рыболовству, поскольку они способны за один сезон в десять раз уменьшить стаи лососевых и других промысловых рыб, и исследователи стремятся найти эффективные способы контролировать их численность.

Анна Казнадзей