У морского конька нашли гены мужской беременности
Международная группа исследователей, отсеквенировав геном морского конька, обнаружила гены, отвечающие за способность самцов к вынашиванию потомства. Статья опубликована в журнале Nature.
Морские коньки (род Hippocampus) — небольшие костистые рыбы из семейства морских игл (Syngnathidae), живущие в тропических и субтропических морях. Они обладают множеством причудливых черт. Зубов у них нет, а челюсти срослись в тонкую трубку с маленьким ротиком на конце, которым они всасывают пищу из воды. Вместо чешуй их тело покрыто костными пластинками, защищающими их от хищников. У них нет брюшного и хвостового плавника, зато есть гибкий закрученный хвост, которым они цепляются за стебли растений.
Самая необычная особенность морских коньков — в том, что у них потомство вынашивают не самки, а самцы. После долгого сложного брачного танца, который может продолжаться до 8 часов, самец и самка сближаются, и самка выбрасывает яйцеклетки в специальный карман на брюхе у самца.
Туда же выбрасываются и сперматозоиды, после чего уже внутри кармана происходит оплодотворение. Оплодовторенные яйцеклетки затем встраиваются в стенку кармана, обрастая губчатой тканью. Через эту ткань самец снабжает растущие эмбрионы питательными веществами, кислородом и кальцием, а также пролактином (гормоном, у млекопитающих отвечающим за выделение молока). Также ткань стенки кармана обеспечивает эмбрионам иммунную защиту, вывод продуктов выделения и осморегуляцию. Созревшие мальки вылупляются из икринок, после чего самец их «рожает», выталкивая из брюшного кармана с помощью сокращения мышц. Помимо морских коньков, среди живородящих рыб мужская беременность известна только у рыб из того же семейства морских игл: рыб-игл (Syngnathinae).
Авторы новой статьи отсеквенировали полный геном полосатохвостого конька Hippocampus comes и сравнили его с геномами других костистых рыб. Оказалось, что в линии морских коньков скорость эволюции была заметно выше, чем и у их предков, и у других костистых рыб (почему — непонятно).
В числе генетических особенностей, отличающих морских коньков от всех остальных рыб, ученые обнаружили потерю большинства генов, отвечающих за развитие зубной эмали — что неудивительно, поскольку зубов у морских коньков нет вообще. Также по сравнению с другими рыбами у морского конька оказалось очень мало генов, связанных с обонянием. Среди утраченных генов оказался и ген траскрипционного фактора tbx4, регулирующий развитие задних конечностей у позвоночных животных — и, соответственно, брюшного плавника у рыб.
Зато некоторых генов у морского конька оказалось в избытке: их геном содержит целых шесть копий гена patristacin (pastn), который у этих рыб, судя по всему, отвечает за способность самцов вынашивать потомство. Этот ген относится к семейству астациновых металлопротеаз, в которое также входят гены, отвечающие за лизис оболочки икринки перед вылуплением мальков. Пять из шести копий гена pastn активно экспрессируются в тканях брюшного кармана самца, причем каждая на разном этапе беременности.
Это говорит на то, что этот ген каким-то образом вовлечен в беременность самцов — но каким, пока непонятно.
Недавно ученые показали, что на уровне регуляции работы генов беременность морских коньков во многом сходна с беременностью у других живородящих позвоночных: рептилий и млекопитающих.
Софья Долотовская
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Морской конек. Фото и видео морского конька
Морские коньки известны каждому. Они плавают вертикально, что не характерно для рыб, а их внешний вид настолько запоминающийся, что трудно найти человека, не знакомого с профилем морского конька. Эта рыба известна человеку с давних времен. Он использует ее и поныне для приготовления лечебных снадобий от астмы и кожных заболеваний, несмотря на запрет лова. Из 32 видов морских коньков 30 занесены в Красную книгу.
Морской конек. Фото и видео морского конька
Среди рыб морской конек известен за моногамность, т.
е. за хранение верности партнеров до конца жизни. Их ухаживания с период размножения очень трогательные, а вынашиванием потомства занимается самец. Был проведен интересный эксперимент. В аквариуме были размещены одна самка и два самца. После ухаживаний самка отдала предпочтения одному самцу, которому и отложила свои не оплодотворенные яйца. После этого «беременного» самца убрали в другой аквариум. Оставшись один на один с другим самцом, самка хоть и обращала внимание на его ухаживания, но до вывода потомства дело так и не дошло.
Морские коньки — единственные животные на нашей планете, у которых самцы вынашивают не родившуюся мелочь. Для этого на животе у них есть специальный мешок, в который самка откладывает яйца, а самец оплодотворяет их своей спермой уже внутри.
Морской конек. Фото и видео морского конька
При возвращении первого самца в аквариум самка вновь выбрала свою «первую любовь», хотя приглашения поступали от обоих самцов в равной степени.
И снова после оплодотворения самца убирали из аквариума, наблюдая за поведением самки. В течение шести циклов воспроизведения самка выбирала только одного самца.
Большая плодовитость морских коньков, а так же тот факт, что развиваются мальки в «утробе» отца сделало их потомство достаточно живучим, по сравнению с обычными «рыбьими» стандартами. Львиная доля всего потомства других рыб погибает еще в виде икринок, а мелочь морского конька развивается непосредственно внутри взрослой рыбы. И хотя из тысячи мальков только 5% вырастут и смогут продолжить род, это компенсируется большой плодовитостью коньков. После того, как морские конёчки оказываются в воде, самец прекращает их опекать, и они отправляются в свободное плавание.
Морской конек. Фото и видео морского конька
Анализ строения морского конька подтверждает, что эта рыбка произошла от морской иглы около 13 млн.
Так же морские коньки могут незначительно менять свой цвет. Так, во время ухаживания за самкой, они могут приобрести цвет заинтересовавшей их подруги.
Морских коньков, находящихся на грани исчезновения, очень сложно разводить в неволе. Известно, что запертые внутри аквариума рыбы впадают в стрессовое состояние и подвержены различным болезням. Поэтому в неволе морские коньки живут только в аквариумах, наиболее полно повторяющих атмосферу их естественной среды обитания.
Морской конек. Фото и видео морского конька
К сожалению, морские коньки считаются деликатесом среди гурманов, которые могут выкладывать за блюда из рыбы большие деньги.
Видео
Морской конек — документальный фильм
Морской конек рожает мальков
Похожие статьи
Рыба Наполеон.
Фото и видео НаполеонаРыба Наполеон – самая крупная рыба среди губанов. Обитает в тропических водах Тихого и Индийского океанов, часто встречаются в Красном море, Палау и Гавайских остравах.
Коралловый риф Рыбы Экотуризм
Гигантский группер (Гуаса)
Гигантский группер – самый крупный окунеобразный в мировом океане. Обитает в Тихом и Индийском океанах на дне среди камней и внутри подводных пещер.
Рыбы
Морская игла. Фото морской иглы
Морская игла или рыба-труба – рыба, которая вместе с морским коньком и морским драконом входит в семейство Игловых рыб. Около 200 видов морских игл населяют тропические и умеренные воды Мирового океана.
Коралловый риф Рыбы
Синеперый балистод (рыба триггер)
Синеперый балистод (рыба триггер) — крупная рыба из отряда иглобрюхообразных. Вырастает до 75 см. в длину и известна за свое агрессивное поведение по отношению к ныряльщикам.
Коралловый риф Опасные Рыбы
Снайп — нитехвостый угорь
Снайп угорь (Nemichthys scolopaceus) — представитель семейства Нитехвостых угрей из отряда Угреобразных, встречающийся во всех океанах.
Глубоководные Рыбы
Понравилась статья?
Оцените материал:
Текущая оценка: 4.3 из 5 (на основании 40 голосов) (40 голосов)
Поделитесь ссылкой на материал
Новое исследование раскрывает сложный и уникальный способ рождения детей у отцов морских коньков беременности, кажется, у отцов морских коньков есть уникальный способ родить своих детенышей.
У морских коньков и морских игл беременеет и рожает самец. Отцы морских коньков высиживают свои развивающиеся эмбрионы в мешочке, расположенном на их хвосте.
Сумка является эквивалентом матки самок млекопитающих. Он содержит плаценту, поддерживающую рост и развитие детенышей морских коньков.
Отцы морских коньков обеспечивают своих детей питательными веществами и кислородом во время беременности, используя некоторые из тех же генетических инструкций, что и беременность млекопитающих.
Однако, когда дело доходит до родов, наше исследование показывает, что самцы морских коньков полагаются на сложное поведение и уникальную структуру тела, чтобы облегчить роды.
Роды морских коньков имеют сходство с самками млекопитающих.
Как рожают животные
Роды — это сложный биологический процесс, который у беременных самок животных контролируется гормонами, в том числе окситоцином. У млекопитающих и рептилий окситоцин вызывает сокращения гладкой мускулатуры матки.
Существует три основных типа мышц: гладкие мышцы, скелетные мышцы и сердечная мышца. Гладкие мышцы находятся в стенках большинства внутренних органов и кровеносных сосудов. Этот тип мышц не находится под сознательным контролем. Например, ваш кишечник покрыт гладкими мышцами, которые ритмично сокращаются, чтобы продвигать пищу по кишечнику без вашего сознательного контроля.
Скелетные мышцы расположены по всему телу и прикрепляются к костям с помощью сухожилий, позволяя телу двигаться. Этот тип мышц находится под сознательным контролем. Например, ваши бицепсы при сокращении позволяют вам сознательно сгибать руку.
Сердечная мышца специфична для сердца и также находится под непроизвольным контролем.
У самок млекопитающих стенка матки содержит множество гладких мышц. Окситоцин стимулирует эту гладкую мышцу сокращаться, помогая вызвать роды.
Как рожают самцы морских коньков?
Наша группа исследователей из Университета Сиднея и Университета Ньюкасла решила определить, как происходит родовая деятельность у самцов морских коньков.
Наши генетические данные предполагают, что роды у морского конька могут включать процесс, аналогичный процессу родов у самок млекопитающих.
Исследование в 1970 также показали, что, когда небеременные самцы морских коньков подвергались воздействию рыбьей версии окситоцина (так называемого изотоцина), у них проявлялось поведение, подобное родам.
Таким образом, мы предсказали, что самцы морских коньков будут использовать гормоны семейства окситоцина, чтобы контролировать процесс родов посредством сокращения гладких мышц внутри выводкового мешка.
Самец морского конька с плотно закрытой сумкой.
Что мы нашли
Сначала мы подвергли кусочки мешочка морского конька воздействию изотоцина. В то время как изотоцин вызывал сокращение наших контрольных тканей (кишечника), этот гормон, к удивлению, не вызывал сокращений выводкового мешка.
Результат заставил нас задуматься об анатомии сумки. Когда мы исследовали сумку под микроскопом, мы обнаружили, что она содержит лишь разрозненные небольшие пучки гладких мышц, гораздо меньше, чем матка самок млекопитающих. Это объясняет, почему в наших экспериментах мешок не сокращался.
Используя методы 3D-изображения в сочетании с микроскопией, мы сравнили структуру тела самцов и самок вислобрюхих морских коньков.
У самцов мы обнаружили три кости, расположенные рядом с отверстием в сумке и связанные с крупными скелетными мышцами. Эти типы костей и мышц контролируют анальный плавник у других видов рыб. У морских коньков анальный плавник крошечный и практически не используется при плавании.
Итак, большие мускулы, связанные с крошечным плавником морского конька, удивительны. Мышцы и кости анального плавника у самцов морских коньков намного крупнее, чем у самок, и их ориентация предполагает, что они могли контролировать открывание сумки.
Поведение морского конька во время ухаживания дает подсказку
Ухаживание за морским коньком — сложный процесс. Самцы открывают и наполняют свой мешок водой, наклоняясь вперед и сокращая свое тело, чтобы направить воду в мешок, прежде чем «танцевать» с самкой.
Точно так же во время родов самцы морских коньков наклоняют свое тело к хвосту, нажимая, а затем расслабляя. Это «давящее» поведение сопровождается кратким зиянием отверстия сумки с серией рывков всего тела. Это движение в сочетании с открытием мешочка позволяет морской воде проникать в мешочек.
Продолжаются рывки и нажатия, отверстие мешка постепенно увеличивается, и с каждым движением выбрасываются группы детенышей морских коньков. Многие сотни младенцев выбрасываются за короткое время.
Наши данные свидетельствуют о том, что открытию сумки для ухаживания и рождения способствуют сокращения крупных скелетных мышц, расположенных рядом с отверстием сумки. Мы предполагаем, что эти мышцы контролируют открытие сумки морского конька, позволяя отцам морского конька сознательно контролировать изгнание своих детенышей в конце беременности.
Будущие биомеханические и электрофизиологические исследования необходимы для изучения силы, необходимой для сокращения этих мышц, и проверки того, контролируют ли они открытие мешочка.
Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы выяснить, насколько морские коньки контролируют свою сумку.
Различные способы решения проблемы
Наши неожиданные результаты показывают, что самцы морских коньков используют другие механизмы для родов по сравнению с беременными самками животных.
Мы предполагаем, что гормоны семейства окситоцина вместо того, чтобы в первую очередь вызывать сокращения гладких мышц, запускают каскад поведения морского конька, который приводит к рождению.
Несмотря на сходство самцов морских коньков с самками млекопитающих и рептилий во время беременности, похоже, что у отцов морских коньков есть уникальный способ рождения своих детенышей.
Эта статья была написана доктором Камиллой Уиттингтон с факультета естественных наук Сиднейского университета и доктором Джессикой Сюзанной Дадли из Университета Маккуори.
Впервые опубликовано в The Conversation.
Морские коньки придают совершенно новое значение фразе «Папа Бод»
Морские коньки придают совершенно новое значение понятию «отцовское тело».
Видите ли, это один из немногих видов животных, у которых самцы беременеют и рожают.
Ив Великова
Морские коньки придают совершенно новое значение термину «отцовское тело». Видите ли, это один из немногих видов животных, у которых самцы беременеют и рожают.
Начнем с основ. В биологии представители видов, производящих сперму, обычно классифицируются как «самцы», а представители видов, производящих яйцеклетки, классифицируются как «самки». Яйцеклетки крупнее, и их производство требует больших энергетических затрат, чем сперматозоидов. Они также содержат материалы и питательные вещества, необходимые для роста эмбриона после оплодотворения яйцеклетки. Поскольку самки уже вложили больше энергии в производство яиц, именно они (у большинства видов) беременеют и рожают. Они несут большую ответственность за уход за яйцами, на производство которых они потратили свою энергию. По крайней мере, это история, которую нам обычно рассказывают на уроках эволюционной биологии.
Морские коньки переворачивают этот факт с ног на голову. Они принадлежат к семейству рыб, известному как Syngnathidae . Это семейство насчитывает более 300 видов рыб, в том числе морских коньков, морских игл и лиственных морских драконов. Название происходит от греческих слов syn (что означает «сросшийся») и gnathus (что означает «челюсть»). У всех видов этого семейства длинная трубчатая морда, образованная сросшимися челюстями, специально предназначенная для того, чтобы засасывать добычу ртом. Сросшиеся челюсти придают морским конькам и их близким родственникам характерную лошадиную морду. Эта черта делает сингнатидов уникальными в животном мире — это и мужская беременность!
Морской дракон, фото автора That_BeeТело настоящего папы: как работает беременность морского конька
Вот как это делается.
У самцов морских коньков есть мешок в передней части тела, который называется «выводковым мешком». У разных видов карман может быть на туловище или на хвосте. У других яйца прикрепляются непосредственно к туловищу или хвосту самца, когда их откладывает самка. Во всех случаях считается, что самцы демонстрируют беременность.
Спаривание морских коньков — это ослепительное зрелище. Самцы и самки трепещут плавниками в «танце», часто в течение нескольких дней. Когда они выбрали себе пару, самка вкладывает икру в сумку самца — и ее работа сделана! Затем самец выпускает свою сперму в сумку, оплодотворяя яйца. В других случаях оплодотворение может происходить вне сумки, но самец всегда несет эмбрионы по мере их роста.
Отец «беременного» морского конька. Белые частицы, плавающие вокруг, — это креветки — пища для морских коньков. Изображение Криса Хаффмана через Flickr. Беременность морского конька длится от 9 до 45 дней, в зависимости от вида. Исследователи идентифицировали более 3000 различных генов, которые управляют этим процессом.
Эти гены стимулируют создание здоровой среды для эмбрионов, в том числе поддержание надлежащего уровня pH и температуры в сумке. У некоторых видов папа также обеспечивает кальцием и богатыми энергией жирами для построения скелетов эмбрионов и характерных костных колец. Папы морских коньков также могут удалять отходы, производимые эмбрионом, такие как азот и углекислый газ. Они даже могут производить антибактериальные и противогрибковые молекулы, чтобы отпугивать патогены и защищать свои эмбрионы от инфекции.
По мере роста эмбрионов папина сумка начинает растягиваться, придавая этому «папиному телу» вид, уникальный для морских коньков и собратьев-сингнатидов. Ближе к концу беременности отцы морских коньков начинают подавать «сигналы вылупления», которые сообщают эмбрионам, что пора идти.
Рождение морского конька не похоже ни на что, что вы когда-либо видели. В серии мышечных сокращений и резких рывковых движений папа-морской конек рождает более 1000 детенышей за один раз.
Хотя может показаться, что это довольно небольшая группа детей, о которых нужно заботиться, родители не заботятся и не защищают своих детей после их рождения. В результате только один или два потомка, вероятно, доживут до взрослого возраста. Это тяжелая жизнь для маленьких морских коньков, и немногие доживут до того, чтобы рассказать об этом.
Давайте остановимся на мгновение, чтобы понять, насколько действительно крут этот процесс. Морские коньки — это рыбы, и более 90% рыб откладывают икру в воду и оставляют ее расти самостоятельно. Морские коньки, с другой стороны, беременеют в строении, похожем на человека! Они обеспечивают защиту, питательные вещества и иммунитет к патогенам для своих эмбрионов, подобно роли плаценты матери человека.
Беременный морской конек. Предоставлено ossatackПоловой отбор у морских коньков
Как мы выбираем, с кем спариваться? У большинства видов самки больше вкладывают в деторождение и могут быть разборчивы в выборе партнера для спаривания.
В результате самцы соревнуются за самок, демонстрируя потенциальным партнершам впечатляющие физические характеристики — подумайте о павлине как о выдающемся примере! (В этой книге подробно описаны другие достопримечательности животных, если вы хотите узнать больше.)
У морских коньков роли меняются. Самцы морских коньков сильно предпочитают более крупных самок, которые демонстрируют заметные украшения, такие как синяя пигментация кожи или кожные складки. Эти предпочтительные самки с большей вероятностью будут производить большее количество яиц, а также более крупное потомство. Самки, с другой стороны, мало отдают предпочтение выбранному ими партнеру. Этот обмен половым отбором крайне редко можно увидеть в животном мире.
Но . . . как развивалась мужская беременность?
Syngnathidae — это семейство в царстве животных, демонстрирующее мужскую беременность. Вдобавок к уникальному «отцовскому телу», самцы морских коньков разборчивы в отношении своих самок, в результате чего самки демонстрируют экстравагантные размеры и декор.
Вам может быть интересно, как произошла эта смена ролей?
Исследователи изучили последовательности РНК одного из видов морского конька, Hippocampus абдоминального . Им удалось идентифицировать ключевые сегменты РНК, участвующие в функционировании расплодной сумки, включая транспорт питательных веществ, удаление отходов и иммунную защиту эмбриона. Любопытно, что эти транскрипты РНК имеют гомологию или сходство с генами беременных млекопитающих, рептилий и других живородящих рыб! Еще более любопытно, что выводковая сумка эволюционировала не один раз, а несколько раз в разных Syngnathidae — самостоятельно! Как это могло произойти?
Исследования показывают, что структуры вынашивания самцов быстро диверсифицировались и явились крупным эволюционным нововведением у сингнатид.
Другими словами, мужская беременность — результат нескольких независимых генетических мутаций — была настолько успешной, что эта черта передавалась из поколения в поколение, образуя множество разнообразных видов морских коньков, морских игл и лиственных морских драконов, которых мы видим сегодня.
Темная сторона тела папы
В то время как мужскую беременность и ответственных отцов морских коньков легко романтизировать, у размножения морских коньков, похоже, есть и темная сторона. Исследователи обнаружили, что некоторые отцы морских коньков не всегда обеспечивают безопасную среду для своих эмбрионов.
С точки зрения морского конька, самка считается «непривлекательной», если она меньше по размеру и имеет меньше цветов и костных гребней. Эти черты снижают вероятность того, что она произведет большое здоровое потомство. Когда самец морского конька спаривается с такой «непривлекательной» самкой, он может лишить или даже «украсть» ресурсы их эмбрионов.
Воруя или утаивая ресурсы своих нынешних эмбрионов, папа-морской конек «подзаряжается» для следующей беременности, для которой он, надеюсь, найдет себе более привлекательную пару. Аналогичным образом, наличие успешного выводка с крупной привлекательной самкой требует больших затрат энергии и означает, что самец, скорее всего, будет использовать следующий выводок для «подзарядки». На самом деле, у иглобрюхов (близких родственников морских коньков) были обнаружены специфические пути, по которым питательные вещества из эмбриона могут напрямую внедряться в печень и мышцы отца. Самцы иглобрюха и лиственные морские драконы способны берут ресурсов от своих потомков, чтобы улучшить их эволюционную приспособленность. Сумка для расплода — это больше, чем карман для развития эмбрионов — это инструмент, который самцы могут использовать для улучшения своей физической формы.
Когда дело доходит до тела папы морского конька, это больше, чем кажется на первый взгляд. Реальность рыб не проста и, конечно, не романтична, но они действительно очаровательные существа, которых стоит исследовать.
Ссылки
Андерсон, П. (2016). Сросшиеся челюсти и мужская беременность: увлекательный мир лошадей и морских драконов [сообщение в блоге]. Блог о рыболовстве.
Научный колледж Техасского университета A&M. (2008). Морские коньки-самцы: г-н Мать природы .
Джонс, А. Г., и Авис, Дж. К. (2001). Системы спаривания и половой отбор у беременных самцов морских игл и морских коньков: результаты микроспутниковых исследований материнства. Журнал наследственности , 92 (2), 150–158.
Лэнгли, Л. (2016). Романтика морей: Странные брачные привычки морского конька. Национальный географический журнал.
Маркл, А. Г. (2009). Самцы морских коньков любят крупных самок. Спрингер Селект.
Осборн, Х. (2016, 14 декабря). Вот как самцы морских коньков оказались теми, кто забеременел. International Business Times.
Пацольт, К. А., и Джонс, А. Г. (2010). Посткопуляционный половой отбор и половой конфликт в эволюции мужской беременности.
Природа, 464 , 401–404.
Вайс, Т. (2010). На что способна любовь? Вся правда о моногамии морских коньков. Сплавленная челюсть.
Уилсон, А.Б., Винсент, А., Анешё, И., и Мейер, А. (2011). Беременность самца у морских коньков и морских игл (семейство syngnathidae): быстрая диверсификация морфологии отцовской выводковой сумки, выведенная из молекулярной филогении. Журнал наследственности , 92 (2), 159–166.
Уиттингтон, К. (2015). Тайная сексуальная жизнь и беременность папы-морского конька. Разговор.
Уиттингтон, К.М., Гриффит, О.В., Ци, В., Томпсон, М.Б., и Уилсон, А.Б. (2015). Транскриптом сумки выводка морского конька обнаруживает общие гены, связанные с беременностью позвоночных. Молекулярная биология и эволюция, 32 (12), 3114-31.
Об авторе
Айв Великова — научный коммуникатор и ютубер. Нейробиолог по образованию, она недавно получила степень бакалавра наук.