Биологи из Новой Зеландии выяснили, что у самок голубоголового губана при превращении в самцов кардинально меняется активность генов в половых железах, но не в головном мозге. В статье в Science Advances приводится максимально подробное на данный момент описание процессов, сопровождающих смену пола у рыб.
В отличие от млекопитающих, многие рыбы способны менять пол после рождения. Как правило, причиной служит изменение внешних условий, например, соотношения самок и самцов. Наиболее изучен в этом плане голубоголовый губан (Thalassoma bifasciatum), обитатель коралловых рифов Карибского моря и Мексиканского залива. Эти рыбы живут группами, которые состоят из одного доминантного самца (его голова синяя) и нескольких десятков самок (они желтые). Есть еще недоминантные самцы, по внешнему виду и поведению они мало отличаются от самок, но имеют семенники.
Когда доминантный самец по каким-то причинам покидает группу, другая рыба занимает его место. Если это самка, то за две-три недели она меняет окраску и становится крупнее, ее яичники перестают работать, вместо них развиваются семенники и начинают производить полноценные сперматозоиды. Меняется и поведение: бывшая самка из пассивной становится агрессивной, начинает отгонять других самцов и ухаживать за самками.
Как организм голубоголового губана осуществляет все эти превращения, было не вполне известно. Экспрессия (интенсивность работы) ряда генов при смене пола должна меняться, так как новые для данного тела биохимические процессы требуют новых ферментов, а ферменты — это белки, и они кодируются генами. Исследования других видов костистых рыб показали, что различия в активности генов у самок и самцов проявляются в основном в половых железах и в меньшей степени в мозге.
Это учли в своей работе исследователи из Университета Отаго (Новая Зеландия) во главе с Эрикой Тодд (Erica V. Todd). В 2012 и 2014 году они отлавливали и метили целые группы губанов у берегов Флориды. Рыбам определяли пол по длине генитальных сосочков и по гаметам, которые выбрасывали особи при надавливании им на брюшко. После этого недоминантных самцов отселяли на дальние рифы, чтобы эти рыбы не конкурировали с самками за возможность стать новыми доминантными самцами, а через два дня убирали и доминантных самцов. Это стимулировало смену пола у некоторых самок.
Затем биологи ежедневно на протяжении примерно месяца наблюдали за губанами в группах, которые остались без доминантных самцов, и отмечали изменения поведения животных. 27 самок выловили на разных стадиях превращения в самцов, провели гистологический анализ их половых желез и оценили в головном мозге и гонадах экспрессию генов, которые отвечают за синтез половых гормонов и нейропептидов. В качестве контроля выступили шесть самок, которые не продемонстрировали признаков смены пола. Параметры 27 меняющих пол самок сравнили с данными по восьми доминантным самцам, пойманным у других рифов.
Активность генов в головном мозге рыб, которые поменяли пол, почти не отличалась от таковой у обычных самок. Росла только экспрессия гена изотоцина — одного из нейропептидов, гомолога окситоцина млекопитающих. У рыб действие изотоцина связывают с повышенной территориальностью и агрессивностью. При этом интенсивность выработки других близких изотоцину молекул не менялась. Однако в гонадах происходили серьезные изменения. В яичниках подавлялась экспрессия гена ароматазы — фермента, который отвечает за выработку женских половых гормонов, эстрогенов. Протоки яичников закрывались, а в заново образованной ткани семенников усиливалась экспрессия генов amh, cyp11c1 и hsd11b2. Кодируемые ими белки участвуют в синтезе мужских половых гормонов — андрогенов.
Тем не менее, так и осталось неясным, что именно запускает изменение экспрессии генов. Авторы предполагают, что это рост уровня кортизола — гормона стресса. Его становится больше в организме самки, когда она долгое время не видит доминантного самца. Также в работе не говорится, бывает ли, что самки останавливаются на какой-то из стадий смены пола, не превращаясь до конца в самцов, и если да, то какова физиология этих рыб, долго ли они живут.
Под влиянием внешних факторов пол меняют не только рыбы, но и моллюски. Так, морские брюхоногие крепидулы определяют, кто из двух самцов станет самкой, сравнивая размеры друг друга, и чем теснее физический контакт моллюсков в паре, тем быстрее происходит превращение.
Светлана Ястребова