Самки 500 видов рыб умеют быстро превращаться в самцов. Как и зачем они это делают?
Практически все мы убеждены в том, что пол каждого живого организма определяется в ходе развития в утробе матери, и сохраняется на всю жизнь. Однако, в природе существует около 500 видов рыб, которые при необходимости могут менять свой пол и превращаться из самок в самцов, и наоборот. Как и зачем они это делают, для ученых до сих пор оставалось загадкой, но группа исследователей из Новой Зеландии наконец-то смогла ответить на этот вопрос. Они объяснили этот процесс на примере рыб под названием таласома синеголовая, которые обитают в Карибском море.
Эти тропические рыбы живут группами, в которых насчитываются несколько самок и всего лишь один самец. Особь мужского пола выделяется среди них голубой расцветкой головы, и в основном занимается поиском пищи и защитой самок от хищников. Такой образ жизни очень опасен, поэтому самцы нередко теряются или погибают, поэтому одной из самок волей-неволей приходится самой превращаться в самца и брать своих подружек под свою защиту.
Одна из рыб, которая может менять пол, называется кабудай. Ее второе имя — губан. Самки этой рыбы удивительным образом за несколько месяцев превращаются в самцов. После этого самка, превратившись в самца, вызывает на поединок других самцов и выгоняет их со своей территории. Как же кабудай может менять пол?
После трансформации пола самка начинает нападать на самца
Зачем рыбы меняют пол?
Изменение пола происходит за рекордно короткий срок — самка обретает мужественный характер за считанные минуты, а цвет ее головы меняется за несколько часов. Ее яичники, в которых образуются женские половые клетки, яйцеклетки, превращаются в мужские яички всего за 10 дней, и начинают производить сперматозоиды.
Особи таласомы синеголовой: синий самец и желтые самки
Ученые давно не могли объяснить, каким именно образом происходит этот процесс, но теперь тайна наконец-то раскрылась. Исследователи провели эксперимент, в ходе которого самостоятельно убрали самцов из несколько групп рыб и тем самым заставили самок менять свой пол. В ходе этого процесса, ученые тщательно следили за всеми изменениями, происходящими внутри организмов рыб.
Рекомендуем почитать: Белые акулы могут выдержать многое — даже содержание тяжелых металлов в крови
Они считают, что после пропажи самца, самки начинают испытывать большой стресс, из-за которого клетки женских половых органов начинают стремительно умирать. В то же время, в их организмах начинают вырабатываться мужские клетки, из которых позже образуются мужские органы. В ходе всех этих процессов у самок, соответственно, начинает меняться внешний вид и характер.
Какие рыбы могут менять пол?
По мнению исследователей, такие же процессы происходят в организмах и других удивительных рыб, которые умеют менять свой пол. Самыми известными представителями таких видов являются рыбы-клоуны, но в их группах смена пола происходит с точностью наоборот. Дело в том, что большинство из них рождаются самцами, и главными рыбами в группе являются крупными самки. Когда главная самка умирает, один из самцов меняет свой пол на женский.
После публикации результатов исследования, появились ученые, которые с ними не согласны. Например, профессор Мэтью Гробер из Государственного университета штата Джорджия задался вопросом — почему рыбы не меняют пол, когда испытывают ежедневный стресс? По его мнению, ученые из Новой Зеландии явно что-то упустили, и процесс смены пола запускается еще и по какой-то другой, неизвестной на данный момент причине.
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш Telegram-канал. Там вы найдете анонсы свежих материалов нашего сайта!
Новости, статьи и анонсы публикаций
Свободное общение и обсуждение материалов
Глядя на мир вокруг нас, вы никогда не задумывались, почему в некоторых группах организмов множество видов, а в других совсем, казалось бы, нет? Взять, к при…
Ученые воссоздали эволюцию змеиных зубов и выяснили, что в них сначала не было отверстий для впрыскивания яда. 🐍 Они появились в ходе нескольких мутаций, которые были настолько успешны, что привели к широкой распространенности ядовитых змей. Рассказываем подробности.
Немецкие ученые нашли паразитов, которые заражают муравьев и делают их молодыми. 🐜 Благодаря им, насекомые могут беззаботно жить на протяжении 20 лет. Звучит интригующе, поэтому давайте изучим подробности.
Как животные меняют пол
Рыбы, меняющие пол
Большинство позвоночных животных появляются на свет либо самцами, либо самками и сохраняют данный им от рождения пол до конца своих дней. Однако из этого правила бывают исключения. Представители целого ряда видов рыб могут выступать сразу в двух ипостасях, являясь гермафродитами, или менять свой пол в течение жизни, поочередно переживая радости и превратности как женской, так и мужской судьбы. Такое явление, получившее название последовательного гермафродитизма, сейчас известно для более чем 350 видов рыб, большинство из которых обитают на коралловых рифах. Это представители семейств губановых (Labridae), рыб-попугаев (Scaridae), групперов (Serranidae), помацентровых (Pomacentridae) и некоторых других.
Самец шишкоголовой рыбы-попугая (Bolbometopos muricatum)
У многих из них все мальки, вылупляющиеся из икринок, – самки. Вырастая, они созревают, один или несколько раз откладывают икру, а затем превращаются в самцов и вновь принимают участие в размножении. Такая форма последовательного гермафродитизма называется протогинией. Впрочем, у некоторых видов рыб-попугаев* и губанов часть мальков рождается все же самцами. В отличие от своих сестер – будущих братьев – они остаются верны своему полу всю жизнь. Правда, в зрелом возрасте этих рыб – первичных самцов – трудно отличить от тех, кто провел молодость в качестве представительниц прекрасного пола. И первичные, и вторичные самцы во второй половине своей жизни не только выглядят сходно, но и придерживаются одинаковой жизненной стратегии, подходящей остепенившимся и солидным индивидам. Вместе с крупными размерами, делающими их неуязвимыми для многих мелких хищников, они приобретают яркую окраску – голубую, зеленую, красную или оранжевую, а в ряде случаев – и горбовидные выросты на лбу. Недаром взрослые рыбы-попугаи считаются одними из самых красивых обитателей коралловых садов! Однако внешний лоск – не самое главное. Дожившие до зрелого возраста рыбы обзаводятся и кое-чем посущественнее – собственным участком на рифе, который активно охраняют от вторжения других самцов и куда привлекают самок. Правда, размеры семенников и, соответственно, количество продуцируемых молок у этих самцов не особенно велики, но им, как говорится, хватает. Ведь самка, привлеченная возможностью проводить время на безопасном и кормном участке, отложит икру в нужное время и в нужном месте, так что даже небольшого количества молок хватит, чтобы надежно оплодотворить кладку. К тому же, несмотря на кажущуюся умеренность, зрелые рыбы-попугаи регулярно меняют подруг и на протяжении репродуктивного сезона умудряются облагодетельствовать немало охочих до респектабельной жизни самок. Причем значительно более юного, чем они сами, возраста. А как же иначе? Ведь «старух» у протогинических рыб просто не бывает!
Самец рыбы-попугая (Scarus longipinnis) в расцвете сил
Правда, отведать сладкой жизни удается все же не всем самкам. Многие из них проводят время, плавая вместе со стаей своих подружек по всему рифу и не задерживаясь на одном месте. А может, они и сами предпочитают романтику золотой клетке? Ведь вместе с ними в стае плавают и их сверстники – первичные самцы, к присутствию которых на хороших участках «старики относятся», мягко говоря, недоброжелательно. А поскольку молодые самцы меньше и слабее старых, в драке у них шансов мало. Но молодость есть молодость – семенники первичных самцов в этой фазе жизненного цикла достигают гигантских размеров и рыбы выметывают в воду огромное количество половых продуктов. Правда, оформленных пар в кочующих стаях не образуется и выпущенные в воду молоки могут и не попасть на выметанную кем-то из самок икру. Так что в конечном итоге репродуктивный успех «степенного хозяина» и «бродячего менестреля» примерно одинаков.
Интересно, что соотношение самок и самцов в нарождающемся потомстве у таких рыб, похоже, зависит от общей численности популяции этого вида на рифе. Во всяком случае, для двуполосого губана показано, что чем ниже плотность рыб, тем меньше шансов у малька родиться первичным самцом. Объяснение, придуманное учеными, хоть и умозрительно, но выглядит логичным: когда самок мало, у каждой из них есть шанс «подцепить» степенного супруга с приличным участком. Любвеобильные же, но нищие самцы-сверстники оказываются «не у дел». Зачем скучать? Лучше родиться самкой, а мужские радости испытать потом. Если, конечно, молодую рыбку раньше не съест какой-нибудь хищник. Но это уж от половой принадлежности не зависит.
У ряда других протогинических рыб соотношение полов в популяции регулируется даже проще, хотя с нашей точки зрения, может быть, и не так изящно. Представители вида Pseudoanthias squamipinnis – коралловые рыбки, питающиеся планктоном, – держатся группами, состоящими из большого числа самок и нескольких самцов. И только если один из немногочисленных представителей сильного пола погибает, одна из самок меняет пол и занимает его место. У пресноводных цихлазом Cichlasoma citrimellum из семейства цихлидовых самцами становятся только те рыбки, которые еще мальками, до полового созревания, сумели достичь относительно крупных размеров. Те же, кому как следует откормиться в детстве не удалось, остаются самками, хотя и имеют в своем организме необходимые для смены пола потенции.
Коралловые рыбки (Pseudoanthias squamipinnis), способны менять пол с самки на самца
При подобных гибких формах протогинии, казалось бы, можно говорить об идеальной половой структуре популяции. Но капризы природы многообразны. У рыб-попугаев и губанов не бывает «старух», а у знакомых многим по фильмам или фотографиям амфиприонов, или рыб-клоунов (род Amphiprion), проводящих жизнь среди щупалец гигантских актиний, нет «стариков». Их мальки рождаются самцами и лишь с возрастом превращаются в самок – такая форма последовательного гермафродитизма носит название протандрии.
Пара розовых амфиприонов (Amphiprion perideration) в своей актинии
Под защитой одной актинии обычно держится группа амфиприонов. Наиболее крупная особь в этой группе – самка, следующая за ней по размеру – взрослый самец, и вместе они образуют размножающуюся пару. Другие же, более мелкие члены группы – неполовозрелые самцы. Если с их «старшим братом» случается несчастье, наиболее крупный из этих «запасных игроков» быстро созревает и занимает его место. Если же гибнет размножающаяся самка, то ее место занимает, сменив пол, бывший брачный партнер, а его (то есть уже ее) супругом становится опять-таки наиболее крупный из молодых самцов.
Почему амфиприоны предпочли протандрию протогинии – не совсем понятно, но вот возможность сменить пол в зависимости от обстоятельств – безусловно удобное приспособление. Дело в том, что «дома» рыб-клоунов – гигантские актинии — часто располагаются довольно далеко друг от друга и путешествовать от одной из них к другой в поисках нового партнера овдовевшему амфиприону небезопасно. К тому же актинии каким-то образом узнают своих постоянных квартирантов и не трогают их, тогда как любые другие рыбки, включая «чужих» амфиприонов, находят гибель среди смертоносных щупалец. Так что возможность найти супруга любого пола, не покидая «дом», безусловно, облегчает жизнь.
До сих пор мы рассматривали только случаи, когда рыбы, сменив пол при достижении определенного возраста или под влиянием обстоятельств, далее уже до конца дней своих пребывают в новом образе. Но, как было обнаружено совсем недавно, есть и такие виды, которые способны менять пол в обоих направлениях. Таковы, в частности, некоторые представители семейства бычков (Gobiidae). У видов родов Gobiodon и Paragobiodon, например, для соответствующих изменений в половой системе требуется несколько недель. А у другого бычка, Trimma okinawae, гонады устроены так, что имеют и мужскую, и женскую ткань. В каждый конкретный момент времени функционирует только одна «половинка», но «переключение» – под влиянием соответствующих гормонов – может произойти всего за несколько дней.
Бычок (Gobiodon historio) у своего коралла
Менять пол в обоих направлениях умеют и бычки Gobiodon historio, обитающие в водах Большого Барьерного рифа. На примере истории изучения этих бычков можно понять, какие факты служат основанием для тех или иных заключений о структуре семейных отношений у морских рыб и каких трудов стоит эти факты добыть.
Гобиодоны – маленькие, около 6 см длиной, рыбки, живущие парами под защитой ветвей коралла рода Acropora. Обычно на каждом коралловом кусте живет только одна пара рыбок, и они, подобно амфиприонам, практически не покидают насиженное место. Половую принадлежность гобиодонов можно определить «на глаз», т.е. не убивая рыбку для вскрытия, – по форме генитального сосочка.
Зоолог Филипп Мандэй отловил бычков со многих кустов и установил, что пары рыбок действительно состоят из самца и самки. При этом все бычки мелких размеров были самками, а среди крупных попадались представители обоих полов. Это дало основание для заключения, что этим рыбкам свойственна факультативная (необязательная) протогиния, т.е. рождаются они самками, а потом могут сменить пол. Но могут – в зависимости от обстоятельств – и не менять. Что это за обстоятельства?
Мандэй пометил пойманных рыб вводимыми под кожу крохотными (длиной всего 0,5 мм) ярлычками с индивидуальными номерами, которые можно было прочесть только под микроскопом. После этого он «перетасовал» бычков так, чтобы пары состояли теперь из особей одного пола, и выпустил каждую пару на отдельный коралловый куст, убедившись предварительно, что других гобиодонов на кустах не осталось. Через месяц биолог вернулся на это место, собрал рыбок с кустов и проверил у них наличие меток.
Оказалось, что пары, изначально составленные из самок, продолжали жить на том месте, куда их выпустили. Но одна из рыбок в каждой паре за это время успела стать самцом. Большая же часть пар, состоявших из самцов, распалась – один из бычков, сохранивший свою половую принадлежность, оставался на месте, но его партнером теперь была самка, не имевшая метки, т.е. приплывшая откуда-то со стороны. Второй же бывший член пары исчез, видимо, отправившись на поиски супруги.
Такая ситуация, в общем, вполне соответствовала гипотезе о свойственной этому виду протогинии. Однако в двух случаях в «самцовых» парах одна из рыбок все-таки тоже сменила пол, превратившись в самку. Следовательно, и этот путь для Gobiodon historio не является невозможным.
Пытаясь объяснить биологический смысл обнаруженного явления, Мандэй решил воспользоваться гипотезой, предложенной ранее для амфиприонов. Дескать, овдовевшей или молодой рыбке проще, разыскав другую одинокую особь и обнаружив, что она – увы! – принадлежит к тому же полу, сменить собственную половую принадлежность, чем продолжать полные опасности странствия.
И голотурии тоже.
Полосатый морской огурец (Bohadseihia graeffei)
Гермафродитизм в мире беспозвоночных животных – явление куда более распространенное, чем у позвоночных. Многие примеры (тот же дождевой червь) знакомы нам еще по школьным учебникам. Но ученые продолжают открывать все новые и новые стороны этого явления. Например, как удалось установить недавно, голотурии Polycheira rufescens – представители типа иглокожих — являются последовательными гермафродитами.
Вообще голотурии, или, как их еще называют, морские огурцы, – довольно маловыразительные животные. Внешне они напоминают сосиски, сардельки или куски обрезанного кабеля, спокойно лежащие или медленно передвигающиеся по дну многих морей и океанов. Еду они добывают простым способом: одни улавливают съедобные частицы длинными ветвящимися щупальцами и отправляют их в рот, другие собирают еду (микроскопические водоросли) короткими щупальцами с грунта, третьи пропускают грунт через себя, подобно земляным червям, опять же утилизируя съедобные частицы.
Так же просто происходит у голотурий и размножение. Особи, являющиеся самцами, выбрасывают в воду сперму, а самки – яйца. Никаких проблем, никакой заботы о потомстве. Но вот Polycheira rufescens (буквально – «многоручки рыжеватые») разнообразят этот процесс, несколько раз в жизни меняя свой пол.
Морской огурец (Thelenota ananas)
Эти коричневатые или красноватые создания, длина которых составляет от 6 до 12 см, не отличаются, как и все их родственники, особой красотой. Разве что щупальца у них немного необычные – похожие на сидящие на тонких ножках овальные ладошки с короткими пальчиками. Обитают многоручки в тропических водах Индийского и Тихого океанов, от Южной Японии до Северной Австралии. Живут они в приливно-отливной полосе. Во время прилива добывают себе пропитание, а в отлив лежат кучками на песчано-каменистом грунте, тесно прижавшись друг к другу или к камням.
Пора размножения наступает у этих голотурий раз в год, со второй половины июля до середины октября, когда температура воды достигает 26–28 оС. Нерест в течение этого периода происходит у них только четыре ночи в месяц, за две или за одну ночь до каждого новолуния и полнолуния. Вся популяция многоручек размножается одновременно (и даже животные, которых держали поодиночке в аквариуме, также нерестились именно в эти ночи).
Японские исследователи Т.Кубота и М.Томари, вскрывая голотурий, обнаружили странную картину. Вне периода размножения пол особей без микроскопа определить невозможно. С началом брачного сезона примерно четверть всех голотурий в популяции превращается в хорошо выраженных самок, а остальные – в самцов. Но среди последних попадались как «просто самцы», так и самцы с маленькими развивающимися яйцеклетками, и самцы с крупными, практически созревшими яйцами! В дальнейшем число самок еще больше сокращается, а число самцов всех «категорий» увеличивается. К концу сезона размножения попадается все больше голотурий с неопределенным полом – видимо, уже полностью отнерестившихся и вернувшихся в состояние покоя.
Тщательное исследование показало, что смена пола у многоручек может начаться в любой момент – и у просто самки, и у самца, уже находящегося на пути превращения в самку и «решившего» снова вернуться к роли самца. Сформировавшиеся самцы могут принять участие в размножении примерно через три недели – столько времени проходит от начала формирования сперматозоидов до их выброса в воду. Самкам же на вызревание яиц требуется пять недель, так что процесс смены пола в обратном направлении в общем занимает больше времени.
В отличие от нереста смена пола у разных особей происходит не синхронно, так что в очередное новолуние или полнолуние часть многоручек выступает уже в качестве особей другого, чем при последнем нересте, пола, другие же остаются в прежнем качестве или пребывают в процессе превращения.
По материалам журналов
Nature Australia. 2000/2001. V. 26. № 11
* Подробнее о рыбах-попугаях см. «Биология», № 19/2001.
6 животных, которые меняют свой пол
В природе случаются ситуации, когда выгодно сменить пол. Мы расскажем про самые интересные случаи.
Животный мир столь удивителен и многообразен, что, как бы ни была богата наша фантазия, она всегда будет меркнуть перед действительностью. Поэтому вряд ли может показаться странным существование животных, которые меняют свой пол. Одни делают это понарошку, становясь лишь внешнее похожими на представителей противоположного пола. Другие подходят к вопросу серьезно и по-настоящему превращаются из самца в самку или наоборот. Таких животных в научном мире называют последовательными гермафродитами.
Каракатицы
Эти удивительные моллюски известны человеку с давних времен. Более того, без их скромной помощи было бы невозможно развитие искусства и науки, ведь долгое время люди писали чернилами каракатиц. Художникам и фотографам известна сепия — краска коричневого цвета, которую в прошлом также добывали из секрета чернильной железы каракатицы. Свое название она получила от латинского имени моллюска — Sepia.
Каракатицы славятся своей уникальной способностью маскироваться, практически мгновенно меняя окраску. Интересно, что самцы каракатиц используют эту способность в борьбе за самку. В процессе ухаживания самец окрашивает половину своего тела в цвет находящейся рядом самки, тогда как другая половина остается в мужском костюмчике. При этом свое истинное обличье он демонстрирует избраннице, тогда как потенциальный соперник видит перед собой «самку». Благодаря этому у хитреца существенно повышаются шансы на счастливый брачный союз.
Подвязочные змеи
Эти родственники наших обыкновенных ужей обитают в Северной Америке, от Канады до Мексики. У подвязочных змей время любви наступает сразу после окончания зимней спячки. Едва очнувшиеся после глубокого сна самцы ищут самок, образуя вокруг них «брачные клубки». При этом некоторые самцы подвязочных змей начинают имитировать запах самок.
Зачем они это делают, долгое время оставалось загадкой. Первоначально предполагалось, что ароматная вуаль дает самцам некие преимущества в борьбе за внимание прекрасного пола. И лишь недавно ученые установили, что в таком поведении нет ничего романтического. После спячки змеям требуется время, чтобы отогреться и прийти в себя. В это время они медлительны, вялы и представляют легкую добычу для хищников. Поэтому замерзшие самцы притворяются самками, чтобы получить защиту и тепло в виде клубка из охваченных страстью собратьев.
Хотя внешне гиена очень похожа на представителей семейства волчьих, на самом деле она гораздо ближе к кошкам. За гиенами издавна закрепилась слава «плохих парней». Еще древние греки приписывали им склонность раскапывать могилы в поисках пищи, способность гипнотизировать взглядом и менять свой пол. Из всего этого некоторое зерно правды имеется в пунктах про любовь к падали и, как ни странно, способность менять пол.
У гиен царит матриархат: главенствующую роль в стае играют самки, которые крупнее и агрессивнее самцов. Уровень тестостерона в крови у них настолько высок, что это отразилось на внешнем виде гениталий: половые губы срослись, образовав подобие мошонки, а клитор по размерам сопоставим с пенисом самца. Сходство с мужскими половыми органами настолько велико, что отличить самца от самки бывает не так уж просто. Кстати, именно из-за этого возник миф о гомосексуальности гиен.
Смысл этого эксперимента природы до сих пор не ясен, поскольку из-за необычного строения гениталий процесс деторождения у гиен сопряжен с большими трудностями и очень часто приводит к гибели как матерей, так и малышей.
