Тройной набор хромосом и партеногенез помогли мраморным ракам захватить планету
Немецкие, американские и мадагаскарские исследователи показали, как смог распространиться по миру мраморный рак Procambarus fallax, подвид virginalis, который размножается партеногенезом. Эти животные появились в результате мутации, при скрещивании болотных раков Procambarus fallax их потомки вместо двойного набора хромосом, как у родителей, получили тройной набор, говорится в статье в Nature Ecology&Evolution. Высокий уровень гетерозиготности и триплоидность позволили им размножаться партеногенезом, и это, с одной стороны, уменьшило эффект вредных мутаций, которые накапливаются при однополом размножении, а с другой — позволило быстрее приспосабливаться к новым условиям.
Пресноводные раки Procambarus fallax обитают в болотах Джорджии и Флориды. Также они прижились в качестве домашних животных, их разводят в неволе и держат в аквариумах. Мраморных раков Procambarus fallax подвида virginalis впервые обнаружили в аквариуме в Германии в 1995 году. За два десятилетия они распространились по всей Европе, попали в США и Японию, сначала как домашние животные, а потом их стали находить в дикой природе. Мраморные раки всеядны, в их рацион входят как гниющие листья, так и мелкие насекомые, улитки, мальки или мелкие рыбы. Они выживают в водоемах с различной соленостью, кислотностью и при разных температурах. Кроме всего прочего, раки virginalis, как явствует из названия, размножаются партеногенезом или «девственным размножением», то есть их яйцеклетки развиваются без оплодотворения. Это дает им преимущество перед местными видами, которые размножаются половым путем, а значит, гораздо медленнее. В конце концов мраморных раков признали инвазивным видом, угрожающим местным ракообразным. В странах Евросоюза и в некоторых штатах США их продажа в качестве аквариумных животных запрещена.
Авторы нового исследования под руководством Франка Люко (Frank Lyko) решили выяснить, как мраморные раки научились размножаться партеногенезом. Для этого ученые отсеквенировали ядерный геном особей virginalis из диких и домашних популяций в Германии и США. Для сравнения исследователи секвенировали геномы близкородственных болотных раков и P. аlleni. Также авторы работы хотели выяснить, имеет ли отношение к мраморным ракам virginalis популяция ракообразных, недавно появившихся на Мадагаскаре и вытесняющая несколько местных видов.
Оказалось, что в геноме мраморных раков содержится не диплоидный набор хромосом, а триплоидный набор. Последовательности всех трех наборов были похожи на хромосомы вида P. fallax, и при этом два из них были идентичны друг другу, а третий незначительно от них отличался. Исходя из полученных результатов, ученые предположили, что мраморные раки появились в результате скрещивания двух особей P. fallax, которые произошли из разных мест, и которых, по-видимому, посадили в один аквариум. Также исследователи выяснили, что мадагаскарская популяция мраморных раков генетически очень похожа на геном первых особей, найденных в Германии в 1995 году.
Также ученые проверили гетерозиготность подвида virginalis и обнаружили, что она довольно высока — 0,53 процента по сравнению с 0,03 процента у родительского вида P. fallax. По мнению исследователей, высокая гетерозиготность и триплоидность позволила мраморным ракам уменьшить эффект от накопления вредных мутаций, который при партеногенезе приводит к деградации и вымиранию вида. Более того, эти особенности генома позволили ракам быстро адаптироваться к новым условиям.
Недавно исследователи зафиксировали, как на партеногенез в неволе перешла самка зебровой акулы. Сначала она жила в аквариуме вместе с самцом и размножалась обычным способом, но потом ее пересадили в другой аквариум и она начала откладывать яйца самостоятельно.
Эти эффекты зависели от пола
Американские исследователи выяснили, что прием каннабидиола беременными мышами связан с нарушениями термической болевой чувствительности, способности к решению задач и возбудимости префронтальной коры мозга у их потомства, причем эти эффекты зависят от пола. Отчет о работе опубликован в журнале Molecular Psychiatry. В странах, где препараты конопли разрешены для медицинского или рекреационного применения, некоторые беременные женщины принимают каннабидиол (второй по количеству каннабиноид после тетрагидроканнабинола) в чистом виде или в составе медицинской марихуаны для борьбы с тошнотой, считая, что это безопасно. При этом каннабидиол, не обладающий психоактивными свойствами, проникает через гематоплацентарный барьер и связывается с многими рецепторами, принимающими участие в развитии мозга, в том числе серотониновыми 5-HT1A, термочувствительными ваниллоидными TRPV1 и калиевыми каналами Kv7. Возможные последствия этого для потомства остаются малоизученными. Чтобы разобраться в этом вопросе, сотрудники из Университета Колорадо под руководством Эмили Энн Бейтс (Emily Anne Bates) вводили внутрижелудочно мышам с пятого дня беременности (примерно конец первого триместра) до родов 50 миллиграмм каннабидиола (высокая доза) в подсолнечном масле на килограмм массы тела ежедневно. Животные из контрольной группы получали только подсолнечное масло. На продолжительность беременности, набор массы тела в течение нее, размер и пол помета прием препарата не влиял. Он и его метаболиты полностью вывелись из плазмы мышат на восьмой день от рождения. Подошвенный тест на аппарате Харгиривза в возрасте 11 недель показал, что после внутриутробного воздействия каннабидиола у потомства мужского, но не женского пола значительно (p = 4,99 × 10-8) понижен порог термической болевой чувствительности. При нокауте гена TRPV1 он не изменялся, а значит, эффект связан именно с этими рецепторами. По данным тестов с темно-светлой камерой и различными лабиринтами, прием каннабидиола во время беременности не влиял на уровень тревожности, компульсивность и пространственную память потомства. В экспериментах с клетками-головоломками выяснилось, что после такого воздействия самки, но не самцы медленнее (p = 0,02) справляются с решением задач, что, вероятно, связано с гиперактивацией 5-HT1A-рецепторов. Электрофизиологическое исследование в возрасте 14–21 дня показало, что у таких самок повышен (p = 0,00007) порог запуска потенциала действия (то есть снижена возбудимость) Kv7-положительных пирамидных нейронов слоя 2/3 префронтальной коры, отвечающей за обучение и исполнительные функции. Плотность, размеры и морфология дендритных шипиков этих клеток затронуты не были, однако амплитуда возбуждающих потенциалов, вызванных активацией глутаматных AMPA-рецепторов, оказалась существенно снижена (p = 0,0009). У самцов подобных изменений не наблюдалось. Полученные данные свидетельствуют о том, что ежедневный прием высоких доз каннабидиола на протяжении последних двух триместров беременности мышами вызывает изменения физиологии нейронов и развития нервной системы у потомства, что в дальнейшем проявляется сенсорными и поведенческими расстройствами, причем эти эффекты зависят от пола животных. Авторы работы намерены уточнить, как на них влияют доза препарата и его прием в отдельные периоды беременности. В 2022 году канадские исследователи сообщили, что около двух процентов их беременных соотечественниц употребляют марихуану, причем это коррелирует с повышенным риском преждевременных родов, низкой массы ребенка при рождении, недостаточным или избыточным весом для гестационного возраста, любых врожденных аномалий, кесарева сечения и гестационного диабета.