Австралийские биологи нашли первые экспериментальные свидетельства патротрофии (передачи питательных веществ эмбрионам от вынашивающего их самца) у морских коньков. Сухая масса и содержание липидов у зародышей в ходе эмбриогенеза не изменилась — это могло произойти только если питательные вещества поступали извне. Статья опубликована в журнале Journal of Comparative Physiology B.
Живорождение появлялось в ходе эволюции позвоночных животных более 150 раз, однако только в семействе игловых рыб (Syngnathidae, к ним относятся рыбы-иглы и морские коньки), потомство вынашивают самцы. Эта группа особенно интересна для ученых, поскольку на ней можно исследовать эволюцию механизмов вынашивания потомства без привязки к репродуктивной системе самок.
Для развития зародышам необходимо большое количество энергии и питательных веществ. Получать их развивающиеся организмы могут двумя способами: либо из желтка, в котором все необходимые вещества запасены заранее, либо с помощью матротрофии, когда в эмбрион от матери поступает дополнительная пища.
В случае с игловыми матротрофия превращается в патротрофию, однако механизмы передачи питательных веществ от самца вынашиваемому потомству практически неизвестны. Ученые доказали, что патротрофия есть у трех видов рыб-игл — с помощью меченых молекул удалось проследить транспорт аминокислот от самца в эмбрионы. Для морских коньков известны только косвенные свидетельства патротрофии: в их выводковых сумках находится много липидных капелек и секреторных клеток, а связанные с транспортом веществ гены у этих рыб активируются во время беременности. Непосредственно же доказать передачу веществ от самца потомству пока никому не удавалось.
Группа ученых под руководством Камиллы Уиттингтон (Camilla Whittington) из Сиднейского университета проверила, получают ли зародыши морских коньков (Hippocampus abdominalis) дополнительные вещества от вынашивающих их самцов. Исследователи сравнили сухую массу и содержание липидов в икринках сразу после оплодотворения и у новорожденных мальков. Если бы эмбрионы росли только за счет запаса питательных веществ икринки, их масса снижалась бы, а дополнительное подкрепление от отца сохранило бы сухую массу постоянной или даже увеличило ее.
Сухая масса новорожденных морских коньков не отличалась от сухой массы икринок после оплодотворения; содержание липидов на этих двух стадиях тоже было равным (p > 0,05). Во время развития эмбрион должен терять некоторую массу из-за процессов катаболизма: так, икринки живородящих костистых рыб в ходе вынашивания теряют 30–40 процентов своей массы. Получается, хотя бы небольшое количество питательных веществ должно поступать к зародышам морских коньков от самцов.
Авторы отмечают, что существует и альтернативное объяснение того, почему сухая масса зародышей не изменилась, — те могли поглотить вещества из других, неразвитых, эмбрионов — своих братьев и сестер. Поэтому, чтобы уверенно говорить о существовании патротрофии, необходимо провести дополнительные исследования, например, с изотопными метками.
Ученые также описали некоторые особенности строения выводковых сумок морских коньков, поскольку об их анатомии и физиологии известно очень мало. В первые три дня развития эмбрионы глубоко погружаются в эпителий сумки, ямки с отдельными яйцами разделены эпителиальными «стенками» или полностью закрыты ими. Возможно, транспорт веществ между самцом и зародышем происходит схожим с плацентой образом — при тесном контакте тканей — но эту гипотезу необходимо проверить в будущих работах. На поздних стадиях беременности (15-20 дней) зародыши вылупляются, но продолжают поглощать вещества из желтка.
Значительно больше исследований беременности морских коньков посвящено ее молекулярным особенностям: известны гены, которые отвечают за способность самцов вынашивать потомство, а также ряд сходств беременности морских коньков и самок других позвоночных.
Алиса Бахарева
Виной всему масштабное и преждевременное таяние морского льда
Четыре из пяти колоний императорских пингвинов в центральной и восточной части моря Беллинсгаузена не смогли вывести птенцов в 2022 году. Виной всему масштабное таяние льда, которое началось до того, как молодые особи успели опериться. В результате несколько тысяч птенцов пингвинов, скорее всего, утонули, а их родители покинули колонии. Как отмечается в статье для журнала Communications Earth & Environment, ученые впервые сталкиваются с провалом размножения у императорских пингвинов в пределах целого региона. Однако в будущем из-за антропогенных изменений климата такое будет происходить все чаще, что ставит будущее вида под угрозу. Императорские пингвины (Aptenodytes forsteri) выводят потомство в колониях, расположенных на морском льду вокруг Антарктиды. Они прибывают к местам размножения с конца марта по апрель, а в мае-июне откладывают яйца, из которых спустя два месяца вылупляются птенцы. Пингвинята растут медленно и оперяются только в декабре-январе. Таким образом, чтобы успешно вырастить птенцов, императорским пингвинам необходим стабильный ледовый покров с апреля по январь. Однако, по прогнозам ученых, из-за антропогенных изменений климата площадь льдов вокруг Антарктиды к концу века сильно сократится. В результате более девяноста процентов колоний императорских пингвинов лишатся подходящих мест для размножения, перестанут поддерживать свою численность и исчезнут. Команда орнитологов под руководством Питера Фретуэлла (Peter T. Fretwell) из Британской антарктической службы обнаружила, что по крайней мере в одном регионе Антарктиды императорские пингвины уже в наши дни испытывают серьезные проблемы из-за потери морского льда. Речь о море Беллинсгаузена, которое лежит к западу от Антарктического полуострова. В его центральной и восточной части расположены пять колоний императорских пингвинов, самая большая из которых насчитывает около 3500 пар, а самая маленькая — около 630 пар. Все они были открыты в течение последних 14 лет благодаря изучению спутниковых снимков — и лишь одну из них посещали ученые. В конце 2022 года, когда площадь ледового покрова вокруг Антарктиды находилась на рекордно низком уровне, некоторые части моря Беллинсгаузена начали оттаивать неожиданно рано и уже к ноябрю полностью очистились ото льда. Чтобы понять, как это сказалось на птенцах пингвинов, которые в это время года как раз переходят к самостоятельной жизни, Фретуэлл и его соавторы обратились к спутниковым снимкам всех пяти местных колоний. Исследователи искали на них коричневые пятна, соответствующие пингвиньему помету — по их площади можно судить о численности и успехе размножения колонии. В результате выяснилось, что из-за раннего исчезновения морского льда императорским пингвинам из большинства колоний в море Беллинсгаузена не удалось вывести потомство в 2022 году. Вероятно, птенцы в этих колониях не успели обзавестись водонепроницаемым оперением до того, как лед растаял, в результате чего утонули или умерли от переохлаждения, а их родители просто покинули колонии. Авторы оценивают потери в несколько тысяч молодых особей. В частности, вокруг колонии у острова Смайли, состоящей из примерно 3500 пар, припай разрушился на две недели раньше срока. Из-за этого часть местных пингвинов перебрались на большой айсберг, однако удалось ли выжить кому-то из птенцов, неизвестно. Колонию в заливе Верди осенью прибыло меньше особей, чем обычно — и даже они покинули ее после разрушения морского льда в конце октября — начале ноября. Колония Пфрогнер-Поинт, которая находилась на шельфовом леднике, также исчезла в начале ноября. А месяцем позже похожая судьба постигла колонию Брайант-Кост — после таяния многолетнего припая, на котором она располагалась. Исключение составила лишь небольшая колония у острова Ротшильда. Вокруг него ледовый припай начал разрушаться лишь в конце декабря, благодаря чему около 800 птенцов успели подрасти и опериться (эта цифра была получена во время облета колонии на вертолетах круизного лайнера). Судя по всему, таяние льда около острова Ротшильда замедлилось благодаря особенностям ландшафта и наличию айсбергов вокруг него. Фретуэлл и его соавторы отмечают, что отдельные колонии императорских пингвинов время от времени терпят неудачи, когда морской лед рушится под воздействием сильных штормов. Однако исследователи этого вида никогда не сталкивались с полным провалом размножения у большинства колоний в целом регионе. Более того, до сих пор в море Беллинсгаузена был известен всего один пример, когда колония не смогла вывести ни одного птенца за сезон. В теории императорские пингвины после неудачного года могли бы переместить колонию туда, где ледовые условия более надежны. Однако в море Беллинсгаузена таких мест почти нет. Экстремально низкая площадь антарктического льда в 2022-2023 годах не обязательно напрямую связана с антропогенными изменениями климата (поскольку она сильно колеблется от года к году). Возможно, эта аномалия лучше объясняется тремя подряд годами Ла-Ниньи. Тем не менее, по прогнозам климатологов, по мере того, как планета нагревается, площадь льда вокруг Антарктиды будет сокращаться. А значит, императорские пингвины все чаще будут испытывать серьезные проблемы с размножением, что поставит существование этого вида под угрозу. Магеллановы пингвины (Spheniscus magellanicus), которые обитают на побережьях Южной Америки, тоже страдают от антропогенных изменений климата. Однако для них проблемой стало не отсутствие льда (его в местах их обитания никогда не бывает), а участившиеся волны жары, которые убивают взрослых особей в период размножения. По расчетам зоологов, из-за все более жаркой погоды крупнейшая колония магеллановых пингвинов, расположенная на атлантическом побережье Аргентины, исчезнет в течение ближайших пятидесяти лет.