Глубоководные удильщики отказались от приобретенного иммунитета ради партнера
Ученые проанализировали геномы десяти видов глубоководных удильщиков и выяснили, что некоторые виды утратили способность формировать приобретенный иммунитет. Причина заключается в необычной стратегии размножения этих рыб: их карликовые самцы прикрепляются к самкам и в некоторых случаях даже срастаются с ними. Чтобы избежать отторжения партнеров, удильщикам приходится отказываться от многих иммунных механизмов, а в самых экстремальных случаях речь идет о полном исчезновении приобретенного иммунитета. В статье для журнала Science ученые признают, что пока не знают, как рыбам удается защищать себя от болезней и патогенов.
Глубоководным животным довольно трудно найти партнера для размножения, но уникальное решение этой проблемы выработали удильщики из подотряда Ceratioidei. Самцы этих рыб превратились в карликов, которые прикрепляются к самке после встречи с ней. В некоторых случаях удильщик-самец через какое-то время возвращается к свободной жизни, однако у наиболее специализированных видов партнеры остаются вместе на всю жизнь, срастаясь кровеносными системами. Порой самка несет на себе сразу несколько паразитических самцов.
Ученых давно интересовало, почему иммунная система самки удильщика не воспринимает самца как чужеродный объект и не убивает его. Существует предположение, что удильщики снижают риск отторжения, по запаху выбирая наиболее генетически близкого партнера. Согласно другому объяснению, генетическое разнообразие глубоководных удильщиков настолько низкое, что слияние самца и самки не приводит к сильному иммунному ответу.
Разобраться в этом вопросе решила команда специалистов главе с Джереми Сванном (Jeremy B. Swann) из Института иммунобиологии и эпигенетики Общества Макса Планка. Исследователи проанализировали геномы 31 особи глубоководных удильщиков, которые принадлежали к десяти видам из разных семейств. Исследованные виды имеют разные стратегии размножения: у четырех самец прикрепляется к самке временно, у трех на одной самке постоянно паразитирует один самец и еще у трех одна самка может нести сразу несколько постоянных самцов-нахлебников. В качестве внешнего контроля исследователи использовали три вида удильщиков из подотрядов клоуновидных (Antennarioidei) и хаунаксовидных (Chaunacoidei), самцы которых имеют нормальные размеры.
Исследователи сосредоточили внимание на генах, связанных с работой приобретенного иммунитета. Оказалось, что необычная стратегия размножения заметно ослабила иммунную систему глубоководных удильщиков, причем эти изменения были симметричными у самок и самцов.
Даже виды, которые формируют временные связи с партнерами, отказались от части иммунных механизмов, основанных на использовании антител. Об этом свидетельствуют повреждения в гене aicda, который регулирует созревание антител. У паразитических удильщиков в дополнение к этому пострадал и клеточный иммунитет: в результате изменений в генах главного комплекса гистосовместимости и утраты двух генов рецепторов T-лимфоцитов они частично или полностью утратили цитотоксическую активность иммунных клеток.
Как показал анализ, чем сильнее связь между самкой и самцами, тем слабее иммунная система удильщика. Если временно прикрепляющимся видам достаточно было частично подавить производство антител, то удильщики, чьи самки носят на себе сразу несколько самцов, полностью отказались от приобретенного иммунитета. Столь экстремальную адаптацию продемонстрировали два изученных вида, Photocorynus spiniceps и Haplophryne mollis. Помимо прочего, у них перестали работать гены RAG, участвующие в производстве антител. Считается, что они возникли около 500 миллионов лет назад и с тех пор присутствуют у всех позвоночных.
Если бы с аналогичными потерями столкнулось млекопитающее, оно погибло бы в результате тяжелого иммунодефицита. Однако удильщикам удается выжить, несмотря на то, что они тоже сталкиваются с бактериями и паразитами. Ученые предполагают, что эти рыбы обходятся врожденным иммунитетом либо используют специфические защитные механизмы, например, основанные на белках интерферонах.
По мнению авторов, паразитические самцы независимо возникали в нескольких эволюционных линиях удильщиков. Это значит, что и соответствующие изменения генов, отвечающих за приобретенный иммунитет, происходили неоднократно. Скорее всего, сначала удильщики теряли часть таких генов и только потом начинали практиковать срастание с партнерами.
Необычные стратегии размножения и отсутствие приобретенного иммунитета — не единственные необычные особенности глубоководных рыб. Некоторые из них приобрели сверхчерную кожу, которая поглощает 99,96 процента падающего света. По мнению ученых, такая окраска позволяет спрятаться от хищников или незаметно подкрасться к жертве.
Сергей Коленов
Однако они чуть чаще обращали внимание на крики собственного потомства и на крики детенышей низкоранговых самок
Приматологи из Германии и Индонезии исследовали реакцию самцов промискуитетных хохлатых макаков на крики детенышей. Выяснилось, что самцы этого вида в целом не склонны к заботе о потомстве, нечасто реагируют на такие крики и вмешиваются в конфликт. Однако это случается чаще, если кричит их собственный детеныш, детеныш самки, с которой самец в дружеских отношениях или детеныш низкоранговой самки. Вероятно, самцы способны отличать своих детенышей или помогать тем, кому в самом деле требуется помощь. Результаты опубликованы в International Journal of Primatology. Хохлатые макаки (Macaca nigra) живут на острове Сулавеси в группах, состоящих из несколько самок и меньшего количества самцов. Как и многие приматы, они ведут промискуитетный образ жизни, поэтому самцы не могут быть уверены в своем отцовстве. Любая форма отцовской заботы у этого вида вероятнее всего будет ограничена определенными ситуациями, однако она может иметь место, поскольку детская смертность среди хохлатых макаков высокая. Одно из предыдущих исследований Дафны Керхоас (Daphne Kerhoas) из Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка и ее коллег показало, что самцы хохлатых макаков иногда формируют с детенышами что-то вроде дружеской диады и проводят друг с другом больше времени. Однако выяснилось, что эту связь лучше объясняет не отцовство самцов, а их дружба с матерью детеныша. Вероятно, это увеличивает вероятность спариваться с этой самкой в дальнейшем. Теперь Керхоас с коллегами из Германии и Индонезии исследовала, как самцы хохлатых макаков реагируют на крики детенышей, которые те издают во время конфликтов с другими самцами и самками или — что случается реже — с другими детенышами. В таких ситуациях детенышам может быть нужна помощь прямо сейчас, и самцы должны быть заинтересованы в сохранении своего потомства, если, конечно, они способны его отличать на слух. Тогда самцы могут мирно вмешиваться в конфликт. Если же свое потомство они не отличают, по крайней мере они могут стремиться сберечь потомство самок, с которыми планируют спариваться. Ученые наблюдали за тремя группами приматов, живущими в заповеднике Тангкоко (Сулавеси, Индонезия). В каждой группе было от 13 до 25 размножающихся самок и от 4 до 11 взрослых самцов. Детенышей во всех группах было 35, но 5 из них не дожили до года. Исследователи также фиксировали, как часто самцы взаимодействуют с самками, чтобы понять, находятся ли они в дружеских отношениях. Для всех детенышей ученые определили наиболее вероятного отца с помощью анализа ДНК из фекалий. Самцы реагировали на крики детенышей не очень часто: из 2637 зафиксированных криков только 314 привлекли самцов (около 12 процентов всех случаев). Чаще всего на крик детеныша реагировал один самец (275 случаев), реже — двое (37 случаев) и в двух случаях — трое самцов. На крики собственного потомства самцы обращали внимание несколько чаще — с вероятностью 2,4 процента против 1,6 процента. Также они реагировали чаще, если детеныш был их другом (2,7 процента против 1,8), или если их другом была мать детеныша (2,4 процента против 1,8). Самцы охотнее отзывались на крики детенышей низкоранговых самок (2,2 процента против 1), которые более уязвимы. Также влиял ранг самого самца — высокоранговые особи отзывались с вероятностью в 2,1 процента, а макаки с самым низким рангом — с вероятностью 1,5 процента. А вот присутствие матери никак не повлияло на реакцию самцов. Полученные данные авторы рекомендуют интерпретировать осторожно. Вероятно, самцы могут распознавать свое потомство — основываясь на своем ранге (альфа-самец оплодотворяет большинство самок в группе), на том, как часто они спаривались с их матерью или на внешних признаках. Если так, то можно предположить ограниченную отцовскую заботу у этих приматов, направленную в основном на то, чтобы детеныши выжили. Не исключено, что они ошибочно принимают детенышей за своих. То, что самцы в целом нечасто отзываются на крики детенышей и вмешиваются в конфликт, может объясняться тем, что они оценивают свои риски: низкоранговый самец может просто не захотеть вступать в потенциальный конфликт с другим самцом. Еще возможно, что самцам просто не хватает времени (учитывая то, что один самец может быть отцом сразу многих детенышей), или самцы и детеныши не получают никакой выгоды от отцовской заботы на постоянной основе. Ранее ученые выяснили, что самцы шимпанзе, которые тоже не формируют моногамных пар, проявляют отцовскую заботу и проводят со своими детенышами больше времени, чем с другими, до тех пор, пока тем не исполняется полтора-два года. А вот самцы мармозеток активно заботятся о потомстве — и это помогает детенышам выживать.