Шокирующие последствия бесхвостой спермы электрических рыб

Ставка на бесхвостых сперматозоидов, которые превратились из отважных пловцов в незадачливых плавунов, кажется сумасшедшей эволюционной авантюрой, но группа рыб, похоже, сделала именно это. Понимание этого компромисса обещает пролить свет на болезни человека и перевернуть уроки биологии о традиционных гендерных ролях.

Джейсон Галлант и его команда обследуют ручей на предмет электрической рыбы в Габоне. Кредит: Лорен Кениг

Интегральный биолог из Университета штата Мичиган Джейсон Галлант и его коллеги используют почти 1 миллион долларов от Национального научного фонда, чтобы понять последствия развития маленькой африканской рыбки, которая в ходе эволюции получила сперму без хвостов, но с брачным сигналом с электрическим приводом.

«Мы хотим знать, почему электрическим рыбам это сходит с рук, в то время как другим позвоночным это не удается», — сказал Галлант, доцент кафедры интегративной биологии Колледжа естественных наук МГУ и участник программы экологии, эволюции и поведения МГУ. «Общее представление в биологии заключается в том, что сперма дешева, а яйцеклетки дороги, но эти рыбы, возможно, говорят нам, что сперма дороже, чем мы думаем. Они могли бы экономить энергию, сокращая количество хвостов сперматозоидов».

Paramormyorps kingsleyae, африканская слабоэлектрическая рыба из семейства Mormyridae, также известная как рыбы-слоны, обладает множеством интересных приспособлений, включая огромный мозг, способность воспринимать и создавать электрические поля и сперму без жгутиков. Кредит: Лорен Кениг

Разновидность рыб, называемых мормироидами, обычно называют рыбами-слонами, потому что, несмотря на небольшие размеры, их удлиненные рты немного напоминают хобот. Они живут в мутных африканских водах, настолько плотных, что, чтобы найти друг друга, им нужны кратковременные электрические заряды. Импульсы электрического выхода и умственные способности, необходимые для анализа этих импульсов, требуют много энергии. Рыбы-слоны, возможно, отдали приоритет расходу своих запасов энергии на поиск самок, а затем на другие способы доставки спермы в яйцеклетку.

И внутри этой теории очень много вопросов.

Члены Лаборатории электрических рыб МГУ будут работать над подтверждением гена, который, по их мнению, блокирует развитие хвоста сперматозоида. Один из способов проверить это — изолировать ген и вставить его в другой вид рыб с традиционно извивающейся спермой, чтобы посмотреть, исчезнут ли эти хвосты. Исследователи также разработали способ измерения дыхания, чтобы определить, сколько энергии рыба экономит, уничтожая хвосты сперматозоидов.

Сперма слабоэлектрической рыбы мормирид Paramormyrops kingsleyae — единственный известный вид позвоночных, у которого отсутствует жгутик. На панели А показано изображение образца спермы, полученное с помощью светового микроскопа: сперматозоиды полностью неподвижны. На панели B показано изображение одиночной спермы Paramormyrops kinglsyeae, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа. Кредит: Джейсон Галлант

И группа считает, что вопросы выходят за рамки рыбьей спермы. Жгутиков много на нашем древе жизни, в том числе и в сперме людей. Жгутики связаны с другим бьющимся придатком, называемым ресничками, которые представляют собой более короткие волосоподобные структуры, которые также двигаются.

«Интересно, что реснички заставляют биологический мир вращаться: жгутики на самом деле — это просто очень длинные реснички и множество одинаковых частей», — сказал Галлант.

И здесь на сцену выходят как здоровье человека, так и гендерные нормы.

Генетическое заболевание человека, называемое первичной цилиарной дискинезией (ПЦД), приводит к хронической респираторной инфекции, аномальному расположению органов, жидкости в мозгу и бесплодию, и все это связано с отсутствием нормально функционирующих ресничек и жгутиков. Ген, на котором сосредоточилась команда Галланта, по-видимому, является одним из нескольких факторов PCD, однако он отмечает, что это интригует: мормироиды кажутся здоровыми и нормальными, за исключением бесхвостых сперматозоидов. Лучшее понимание функции гена у рыб может стать еще одной частью головоломки PCD для понимания проблем со здоровьем человека.