Рыбы-каннибалы не захотели есть свое потомство
Рыба-каннибал мраморный ривулус Kryptolebias marmoratus может отличать свое потомство от чужого и не съедать его. При этом она способна определить родство даже с одиночным эмбрионом, находящимся на ранней стадии развития. Результаты исследования опубликованы в журнале Behavioral Ecology and Sociobiology.
В живом мире есть множество примеров каннибализма, в том числе когда взрослые особи поедают свое потомство, это распространено и среди рыб. Для того, чтобы предотвратить подобное поведение, у имеются несколько механизмов, например, «отключение» каннибализма на срок, пока потомство развивается или пока рыба-родитель за ними ухаживает, или распознавание своих потомков. В указанных исследованиях, эксперименты по распознаванию проводились не на одном эмбрионе, а сразу на всех имеющихся. И ни разу не изучалась способность рыбы определять по одному эмбриону — свой он или чужой. Авторы данной статьи решили разобраться в этом вопросе.
Для исследования они выбрали рыбу мраморный ривулус Kryptolebias marmoratus, потому что она может вести себя как гермафродит, и полученное после самооплодотворения потомство оказывается генетически идентичным с родительской особью. Поэтому можно получать разные линии этих рыб и смотреть, насколько они будут предпочитать поедать свое потомство или потомство другой линии.
Ученые помещали эмбрион, находящийся на ранней стадии развития, в пластиковый контейнер с водой, в котором уже была взрослая особь мраморного ривулуса. При этом рыба и эмбрион были либо неродственны, либо родственны. Еще в эксперименте проверили, насколько изменится поведение этих рыб, если они будут сыты или голодны. Если вместе оказывались рыба-родитель и его эмбрион, то, будучи и сытой, и голодной (ученые не кормили рыбу 2 недели), она не съедала его, но проявляла интерес и подплывала поближе, чтобы его изучить. Приближение к нему занимало больше времени, чем если эмбрион был не ее потомством. А если взрослая особь была неродственна эмбриону, то она его съедала. Причем голодная рыба находила и съедала его в 7 раз быстрее, чем если была сыта — голод усиливал любознательность и желание исследовать окружение в поисках пищи.
Авторы исследования отмечают, что это первая работа, в которой показано, что как взрослые рыбы распознают отдельные эмбрионы и определяют, свои они или чужие. Ученые предполагают, что в этом играют роль какие-то химические вещества, которые выделяют эмбрионы.
Каннибализм встречался в природе с древних времен. Например, ученые нашли свидетельства каннибализма среди представителей семейства тираннозавров. При этом иногда каннибализм получается «принудительным» под влиянием внешних факторов — так, на частоту случаев каннибализма у гусениц влияют токсины томатов.
И помогли начать половой акт
Американские ученые выяснили, что тельца Краузе в половом члене и клиторе мышей возбуждаются при легких прикосновениях и механических вибрациях с частотой 40-80 герц. Специфические для этих рецепторов нейроны в спинальных ганглиях передают информацию в серую спайку спинного мозга в пояснично-крестцовом отделе. Мыши без телец Краузе с трудом начинали половой акт, а самцы реже достигали эякуляции, что говорит об их важной роли в сексуальном поведении. Препринт работы опубликован на сайте bioRxiv.org. Кожа человека хорошо иннервирована: по всему телу располагаются рецепторы, которые представлены как свободными нервными окончаниями, отвечающими за основную перцепцию прикосновений, температуры и боли, так и нервными окончаниями, заключенными в капсулу. Считается, что они ответственны за перцепцию специфических воздействий. Например, тельца Пачини воспринимают грубое механическое давление, а тельца Руффини — растяжение. Долгое время считалось, что колбы Краузе в надсосочковом слое дермы специфически воспринимают холод, однако дальнейшие исследования этого не подтвердили. При этом еще в конце XIX века Вильгельм Краузе, который впервые описал эти рецепторы, обнаружил их в губах, языке и гениталиях человека. В половом члене и клиторе они выглядят иначе (в этих местах они называются тельца Краузе, или генитальные тельца): они имеют цилиндрическую форму и содержат простые окончания (в коже волокна чаще свернуты в клубочек). Однако до сих пор не до конца ясна их роль и специфика перцепции. Дэвид Джинти (David Ginty) с коллегами из Гарвардской медицинской школы исследовали физиологию телец Краузе у мышей. С помощью окрашивания нейрофиламента-200 и белка S100 (первый отражает нервные волокна крупного калибра, а второй — терминальные шванновские клетки), они обнаружили в гениталиях самок мышей высокую плотность телец Краузе по всему клитору, но при этом они отсутствовали в ткани влагалища. В гениталиях самцов тельца наблюдались по всей головке полового члена и внутренней поверхности крайней плоти. Несмотря на разные размеры женских и мужских гениталий, общее количество телец Краузе в клиторе и пенисе было сопоставимым. Таким образом, плотность телец Краузе была в 15 раз больше в клиторе, чем в головке полового члена. Затем с помощью генетических исследований ученые выяснили, что в тельцах Краузе располагаются чувствительные отростки двух групп нейронов спинальных ганглиев пояснично-крестцового отдела: TrkB и Ret. Кроме того, дальнейший анализ показал, что отростки этих нейронов специфически образуют тельца Краузе (им не удалось найти в них чувствительные волокна от других нейронов). Информация от этих нейронов далее следует в заднюю часть серой спайки спинного мозга, которая находится около центрального канала, в пояснично-крестцовом отделе спинного мозга. Благодаря оптогенетическим методам и механическому воздействию удалось выяснить, что волокна нейронов TrkB и Ret являются А-волокнами, то есть хорошо миелинизированными волокнами со скоростью передачи импульса 3-11 метров в секунду. Кроме того, у волокон нейронов TrkB были низкие пороги механического возбуждения, быстрая адаптация и точная синхронизация по фазе для каждого цикла механических колебаний. При этом волокна нейронов Ret демонстрировали более высокие пороги механического возбуждения. Обе группы нейронов активно реагировали на вибрации с частотой 40-80 герц. Затем ученые исследовали, как тельца Краузе могут влиять на сексуальное поведение мышей. Они обнаружили, что прямая оптогенетическая стимуляция полового члена (десять герц, импульс две миллисекунды в течение 20 секунд) у мышей, которым в тельца Краузе (нейроны TrkB) внедрили опсины, приводила к эрекции у 6 из 10 животных. У контрольных мышей без опсинов эрекции не наблюдалось. Рефлекторные реакции на оптогенетическую стимуляцию телец Краузе нейронов Ret не тестировались, поскольку их было сложно промаркировать опсинами. Хотя у самцов, у которых не было телец Краузе, не наблюдалось проблем с эрекцией, у них были проблемы с введением полового члена во влагалище: они дольше начинали этот процесс и хуже его осуществляли. Кроме того, меньшее количество самцов без телец Краузе достигли эякуляции по сравнению с контрольной группой. У самок потеря телец Краузе также сопровождалась проблемами с началом полового акта. Таким образом, команда Джинти впервые так подробно описала структуру и физиологию телец Краузе в гениталиях мыши. По мнению ученых их результаты можно распространить и на человека, поскольку, например, вибрации с частотой 40-80 герц считаются возбуждающими и для людей. Однако у человека дополнительно необходимо исследовать влияние телец Краузе на сексуальное поведение. Об эволюции полового члена и его восприятия можно прочитать в книге Эмили Уиллингем «Парадокс пениса: Уроки жизни из мира животных» (издательство «Альпина нон-фикшн»).