Морские бычки Bathygobius fuscus научились избавляться от спермы конкурентов. Как показали эксперименты японских исследователей, с помощью взмахов хвоста эти рыбки выметают из нерестовых гнезд семенной материал соперников. Ранее способность удалять сперму других особей была известна лишь для видов с внутренним, но не внешним оплодотворением, отмечается в статье для журнала Proceedings of the Royal Society B.
Конкуренция между самцами животных порой принимает причудливые формы. Например, у ряда видов с внутренним оплодотворением самец перед спариванием удаляет из половых путей самки сперму ее предыдущего партнера. Лучше всего это явление изучено у стрекоз-красоток (Calopteryx), чьи мужские половые органы в процессе эволюции приобрели форму «скребков». Помимо насекомых от спермы соперников умеют избавляться некоторые птицы, ракообразные и моллюски.
Самцы животных, которые практикуют внешнее оплодотворение, до сих пор не были замечены в подобном поведении. Дело в том, что у таких видов промежуток между эякуляцией и оплодотворением очень короткий. Кроме того, многие из них спариваются в воде, где сперма легко смешивается, так что избавиться от той, что произведена конкретным самцом, непросто.
Первое свидетельство, что самцы видов с внешним оплодотворением способны удалять сперму соперников, обнаружили японские ихтиологи во главе с Такеши Такегаки (Takeshi Takegaki). Объектом их исследования были бычки Bathygobius fuscus — небольшие рыбки, широко распространенные в прибрежных водах Индийского и Тихого океанов. Самцы B. fuscus занимают нерестовые гнезда в расщелинах скал, привлекают в них самок и оплодотворяют отложенную ими икру (а затем заботятся о ней в течение нескольких суток). Оплодотворение происходит за счет содержащей сперматозоиды слизи, которую самец оставляет на внутренней поверхности гнезда.
Некоторые мелкие самцы используют иную тактику. Они тайком вторгаются в гнезда более крупных сородичей и оставляют там собственную слизь со спермой в надежде, что она оплодотворит икру, которую отложит одна из следующих самок. Хозяева ревностно охраняют свои владения от подобных посягательств. Исследователи заметили, что, прогнав конкурента, бычок-самец совершает несколько взмахов хвостом по направлению к выходу из гнезда. Во время брачных демонстраций или вентилирования развивающейся икры B. fuscus ведут себя иначе, поэтому ученые предположили, что таким образом самец-хозяин удаляет сперму соперника.
Учитывая, что самки B. fuscus могут возвращаться в гнездо и откладывать новые икринки с интервалом в несколько часов, а сперматозоиды самцов сохраняют активность в воде на протяжении трех-четырех часов, данная гипотеза кажется вполне логичной. Чтобы проверить ее, авторы провели ряд экспериментов с содержащимися в неволе бычками.
На первом этапе авторы впрыскивали в нерестовые гнезда разбавленную сперму мелких самцов. В ответ на это все бычки-хозяева взмахивали хвостами. Для сравнения, на инъекции морской воды или ила отреагировали всего по одной особи из семи. Самцы взмахивали хвостами с одинаковой интенсивностью вне зависимости от собственного размера, концентрации спермы соперника и того, был ли закрыт вход в гнездо. Вероятно, они могут химически распознавать присутствие семенного материала конкурента, но не его концентрацию.
Затем исследователи проверили, насколько эффективно взмахи хвостом удаляют сперму конкурентов. Для этого они ввели ее в нерестовые гнезда с открытым и закрытым входом. Оказалось, что, если вход открыт, в гнезде остается намного меньше чужого семенного материала (p < 0,0001), а большая часть икринок оплодотворяется самцом-хозяином. Это свидетельствует, что поведение B. fuscus позволяет избавиться от значительной части спермы соперников.
Удаляя из гнезда сперму конкурентов, самец с высокой вероятностью выметет и часть собственной. Эксперименты показали, что бычки учитывают этот риск. После инъекции чужого семенного материала и его удаления девять из двенадцати самцов значительно увеличили время, затрачиваемое на выделение спермы. При этом чем интенсивнее бычок-хозяин размахивал хвостом, тем больше ее выделялось впоследствии. Введение в гнездо морской воды такого эффекта не оказывало.
Авторы полагают, что поведение B. fuscus, впервые отмеченное для видов с внешним оплодотворением, определяется свойствами его репродуктивной биологии: продолжительным временем, в течение которого самка мечет икру; долгой жизнью сперматозоидов; а также использованием закрытых нерестовых гнезд. Возможно, способность избавляться от спермы соперников есть и у других бычков с похожими особенностями размножения.
У некоторых видов конкуренция между самцами привела к появлению гигантских сперматозоидов. Например, у ракообразных из класса остракод их длина может в шесть раз превышать длину тела взрослой особи. Недавно палеонтологи обнаружили в бирманском янтаре остатки древних остракод, которые свидетельствуют, что гигантские сперматозоиды появились у них уже сто миллионов лет назад.
Сергей Коленов
Также по соотношению изотопов в панцирях можно отследить производство и переработку ядерного топлива
Панцири черепах хранят информацию о ядерных испытаниях и работах с ядерным топливом. К такому выводу пришли ученые, проанализировав соотношение 235U/238U и 236U/238U в кератине из щитков панциря зеленой черепахи с тихоокеанского атолла и двух сухопутных и двух пресноводных черепах из США. Оказалось, что у тех черепах, что жили рядом с местами испытания ядерного оружия, соотношение 235U/238U повышено, а у тех, что обитали недалеко от заводов по производству ядерного топлива, наоборот, понижено. При этом соотношение 236U/238U было повышено в обоих этих случаях. Как отмечается в статье для журнала PNAS Nexus, открытие поможет исследователям реконструировать историю загрязнения экосистем радиоактивными веществами. В 1940-1990 годах во многих регионах мира проводились испытания ядерного оружия (сейчас эту практику продолжает только КНДР). Как правило, их устраивали в отдаленной и малонаселенной местности. Например, советские военные обычно использовали для ядерных тестов полигоны в степях и арктической тундре, а их американские и французские коллеги предпочитали пустыни или тихоокеанские атоллы. Однако даже при таких условиях испытания ядерного оружия оказали серьезное негативное воздействие на людей и окружающую среду. Его масштаб до сих пор остается предметом исследований. Команда специалистов под руководством Сайлера Конрада (Cyler Conrad) из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории решила поискать свидетельства ядерных испытаний прошлого в телах черепах. Дело в том, что ареалы некоторых их видов пересекаются с местами проведения ядерных тестов. Таким образом, черепахи вполне могли оказаться в зоне радиоактивного загрязнения и накопить в тканях радиоактивные изотопы. Ранее ученые уже находили в костях этих рептилий значительные концентрации изотопов 137Cs и 90Sr, которые попадают в окружающую среду во время ядерных взрывов и аварий на атомных электростанциях. А Конрад с соавторами сосредоточили внимание на изотопных сигнатурах урана в роговых щитках черепашьих панцирей. Исследователи нашли в музейных коллекциях пять черепашьих щитков, которые были добыты в разных районах ядерных испытаний, а также в местах добычи урана и работ с ядерным топливом. Первым из них стал щиток зеленой черепахи (Chelonia mydas), который был найден в желудке тигровой акулы (Galeocerdo cuvier), пойманной у тихоокеанского атолла Эниветок в 1978 году. На момент гибели от зубов акулы этой особи было 10-20 лет, а ядерные испытания в данном районе закончились в 1958 году, так что, скорее всего, непосредственно она их не застала. Второй щиток принадлежал пустынному западному гоферу (Gopherus agassizii). Он был собран в 1959 на юго-западе Юты, примерно в 240 километрах от бывшего Невадского испытательного полигона, где в 1951-1962 годах тестировали ядерное оружие. Третий щиток, который авторы взяли для исследования, был собран у сонорского гофера (G. morafkai) в 1999 году на юго-западе Аризоны. В этой местности ядерные испытания не проводились, так что данный образец использовался в качестве контроля. Четвертый щиток принадлежал иероглифовой чепепахе (Pseudemys concinna). Его добыли в 1985 году на ядерном могильнике «Саванна-ривер» в Южной Каролине, где с 1950 до конца 1980 годов добывали уран, а также изготавливали и перерабатывали ядерное топливо. Наконец, пятый щиток был взят в 1962 году у восточной коробчатой черепахи (Terrapene carolina carolina) в резервации Ок-Ридж в штате Теннесси. В этом месте с 1940 года добывали уран и изготавливали ядерное топливо. Из всех пяти щитков Конрад с соавторами взяли небольшое количество кератина и оценили соотношение содержащихся в нем изотопов урана 235U/238U и 236U/238U. Лишь в щитке сонорского гофера соотношение 235U/238U оказалось неотличимым от естественного. В образцах из Южной Каролины и Теннесси оно было ниже нормы, а в образцах из Юты и с атолла Эниветок — выше нормы. У сонорского гофера не было выявлено следов изотопа 236U, что соответствует естественному состоянию (поскольку природных источников этого изотопа не существует). Зато у черепах из Южной Каролины, Теннесси и с атолла Эниветок было выявлено значительное количество изотопа 236U, так что соотношение 236U/238U значительно превышало норму. У образца из Юты соотношение 236U/238U было немного выше нормы. По мнению авторов, зеленая черепаха с атолла Эниветок подверглась радиоактивному загрязнению за год до гибели, когда на острове проводились работы по строительству саркофага. Вероятно, во время работ 235U и 236U попали в воду и песок, а оттуда — в тело рептилии, например, с водорослями, которые она поедала. Пустынный западный гофер из Юты жил достаточно далеко от места испытаний, однако, вероятно, попал под радиоактивные осадки. А сонорскому гоферу из Аризоны и вовсе удалось избежать столкновения последствиями ядерных испытаний. Что касается черепах из Южной Каролины и Теннесси, то они подверглись воздействию обедненного урана, который оказался в окружающей среде при производстве ядерного топлива. Интересно, что на щитке восточной коробчатой черепахи из Теннесси сохранилось семь слоев, соответствующих семи годам ее жизни, с 1955 по 1962 годы. Минимальное соотношение 235U/238U было выявлено в слое, который сформировался, пока рептилия еще накопилась в яйце. Таким образом, она, вероятно, получила радиоактивные изотопы от матери. Результаты исследования подтверждают, что черепахи способны накапливать антропогенные радиоактивные изотопы из окружающей среды в своих панцирях. При этом оценить соотношение разных изотопов урана можно даже по очень скромному количеству кератина. Авторы надеются. что данные, полученные из черепашьих панцирей, позволят точнее реконструировать историю загрязнения экосистем радиоактивными отходами. Из-за ядерных испытаний концентрация углерода-14 в атмосфере и тканях живых организмов в середине прошлого века резко выросла, а затем постепенно снижалась. Оценивая долю этого изотопа в контрабандных бивнях слонов, можно понять, когда они были убиты. Применив этот подход к партии слоновой кости, изъятой в Уганде в 2019 году, исследователи выяснили, что она была добыта в 1980 годах. С тех пор она хранилась в государственном хранилище Бурунди, откуда ее затем украли.