Рецептор, используемый для поиска добычи, также активируется прогестероном.
Двухпятнистый осьминог в своей обычной среде обитания. Фото: Хэл Берал. Двухпятнистый осьминог в своей обычной среде обитания. Фото: Хэл Берал. Настройки текстаТекст рассказа Размер Маленький Стандартный Большой Ширина * Стандартный Широкий Ссылки Стандартный Оранжевый * Только для подписчиков
Узнать больше Свернуть в навигацию
Осьминоги — одни из самых необычных существ на Земле. Отсутствие костей делает их удивительными оборотнями, большинство из них могут менять цвет, как хамелеоны, и они перекачивают по своему телу голубую кровь на основе меди, используя три отдельных сердца. Они полагаются на децентрализованную нервную систему, где две трети их нейронов находятся в щупальцах, что позволяет каждой конечности независимо ощущать вкус, прикасаться и принимать решения.
Группа ученых во главе с Пабло С. Вильяром, молекулярным биологом из Гарвардского университета, впервые внимательно изучила половую жизнь осьминогов. Оказалось, что она не менее странная.
Любовь во тьме
Глубокие океанские глубины — непростое место для поиска партнера, особенно учитывая, что осьминоги — одиночные животные, которые перемещаются по морскому дну поодиночке, спариваясь лишь при крайне редких встречах. Точные механизмы их размножения, когда они все же находят друг друга, долгое время ставили биологов в тупик. Мы знали, что самцы осьминогов не полагаются на яркое оперение или сложные брачные крики и что они используют специализированный придаток, называемый гектокотилем — по сути, видоизмененным щупальцем — для идентификации самок.
Все подробности, выходящие за рамки этого, как пишут Виллар и его коллеги в своем исследовании в журнале Science, основывались скорее на отдельных случаях, чем на точных научных данных. Виллар разработал эксперимент, чтобы это изменить.
Его команда поместила в аквариум пару пойманных в дикой природе осьминогов вида Octopus bimaculoides; это относительно небольшой вид, известный как калифорнийский двухпятнистый осьминог, обитающий в восточных водах Тихого океана. Однако они приняли некоторые меры предосторожности. «Эти животные ведут одиночный образ жизни, поэтому мы не были уверены, как они будут реагировать друг на друга», — объясняет Виллар. «Не станут ли они агрессивными?» Несмотря на свои размеры, осьминоги удивительно сильны, и команда предположила, что не сможет разлучить своих щупальцеобразных подопытных, если их свидание закончится серьезной ссорой. Поэтому они поставили между ними барьер.
Барьер был непрозрачным и имел отверстия достаточно большого диаметра, чтобы сквозь них могли пройти щупальца осьминога. «Идея заключалась в том, чтобы сначала установить барьер, чтобы они могли почувствовать друг друга и привыкнуть к присутствию друг друга. Затем мы хотели его убрать», — говорит Виллар. Но оказалось, что убирать барьер не нужно — осьминоги вступили в свои новообретенные отношения через имеющиеся отверстия. И сам акт был таким же неземным, как и следовало ожидать от осьминога. «Мы были очень удивлены — мы этого не ожидали», — говорит Виллар.
Процедура стыковки
Спаривание началось с того, что самец осьминога просунул свой гектокотиль через отверстие барьера, приблизив его к самке, сначала коснувшись её кожи, а затем глубоко введя конечность в её мантию. «У осьминогов есть полость, отверстие, через которое можно добраться до всех внутренних органов. Самец может коснуться всех внутренних органов самки, что довольно инвазивно», — объясняет Виллар. Как только гектокотиль оказался внутри этой полости, оба осьминога прекратили всякое движение примерно на час.
Среди всех внутренних органов самца ему необходимо найти отверстие яйцевода, куда он сможет доставить свои сперматозоиды с помощью специализированного придатка. И сделать это он должен без каких-либо визуальных сигналов или, по-видимому, без какой-либо обратной связи от своей партнерши. «Когда самец находится внутри мантии, а самка восприимчива, она прекращает все движения, потому что это тонкое моторное поведение», — говорит Виллар, имея в виду поиск самца. Этот процесс может иметь больше общего со стыковкой космического корабля с Международной космической станцией или дозаправкой истребителя в воздухе от самолета-заправщика, чем с обычным представлением о том, как выглядит половой акт.
Когда учёные поместили двух самцов осьминогов в одну и ту же экспериментальную установку, самцы взаимодействовали, касаясь щупальцами, но никогда не пытались спариться. Это наводило на мысль, что определённый химический сигнал, выделяемый самками, действовал как биологический сигнал к копуляции. Это сразу же вызвало ряд вопросов.
Какой сенсорный аппарат может быть у самца осьминога в его гектокотиле, позволяющий ему безошибочно находить яйцевод? И что это за сигнал, исходящий от самки, который запускает поиск?
Химия прикосновения
Чтобы понять, как устроена половая жизнь осьминогов на молекулярном уровне, команда Виллара сначала изучила репродуктивные органы самки. Они обнаружили, что яйцеводы и яичники самок экспрессируют высокий уровень биосинтетических ферментов, критически важных для производства половых стероидов. В частности, яйцеводы были насыщены ферментом, ответственным за выработку прогестерона.
Чтобы проверить, действительно ли прогестерон был триггером, исследователи извлекли самку из барьерного резервуара и заменили ее коническими пластиковыми трубками, покрытыми различными химическими веществами, вставив их в небольшие отверстия перегородки. Когда самец натыкался на трубку, покрытую прогестероном, он активно исследовал ее, демонстрируя то же самое поведение поиска партнера, которое он использовал на мантии самки. Напротив, трубки, покрытые структурно схожими стероидами, желчными кислотами или горькими молекулами, не вызывали такой же реакции.
Казалось, эволюция решила проблему полового размножения осьминогов, перепрофилировав механизмы, которые они обычно используют для охоты. Осьминоги используют свои обычные, не предназначенные для спаривания щупальца для охоты, полагаясь на систему тактильного восприятия вкуса, чтобы исследовать морское дно в поисках добычи. Эта хищническая деятельность осуществляется с помощью распределенной нервной системы внутри щупалец, усеянной специализированными хемотактильными рецепторами. Оказалось, что хемотактильный рецептор, белок под названием CRT1, в гектокотиле также реагирует на половые сигналы.
Сканирующая электронная микроскопия показала, что кончик гектокотиля покрыт небольшими присосками, структурно идентичными сенсорным присоскам на его обычных охотничьих конечностях. Более того, эти специализированные присоски для спаривания плотно заполнены нервными кластерами. Подобно конечностям, используемым для выслеживания краба, гектокотиль содержит высокую концентрацию хемотактильных рецепторов наряду с механорецепторами.
Согласно исследованию Виллара, эти хемотактильные рецепторы осуществляли сложное химическое распознавание иным способом, отличным от млекопитающих. Это ионные каналы, управляемые лигандами, которые произошли от предковых рецепторов нейромедиаторов. То, что когда-то было внутренней системой для передачи сигналов между нейронами, эволюционировало для взаимодействия с внешним миром и распознавания химических сигналов как пищи, так и партнеров, в частности, для обнаружения прогестерона, вырабатываемого самками.
Команда исследователей обнаружила аналогичные механизмы и у других головоногих моллюсков.
Механизмы эволюции
Исследовательская группа протестировала несколько различных головоногих моллюсков, включая двух осьминогов, Octopus rubescens и Abdopus aculeatus, а также короткохвостого кальмара-колибри. Все их яичники экспрессировали ферменты, необходимые для выработки половых стероидов. Хотя щупальца гектокотиля физически различались от вида к виду, все они содержали схожие присоски, которые активно реагировали на экзогенно вводимый прогестерон.
В аналитической статье, сопровождающей работу Виллара в журнале Science, Анна Ди Космо, профессор биологии Неаполитанского университета, пишет, что хемосенсорное восприятие — один из древнейших способов сенсорного восприятия на Земле. Организмы узнавали друг друга по молекулам задолго до того, как появились визуальные сигналы или акустические сигналы ухаживания.
Животные используют сенсорные системы как механизм размножения. Сенсорные рецепторы выступают в качестве эволюционных очагов, которые могут либо сохранять узнаваемость среди представителей одного вида, либо ограничивать межвидовое скрещивание, играя основополагающую роль в биоразнообразии Земли. Если популяция осьминогов адаптируется к новой экологической нише с другими химическими условиями, утверждает Ди Космо, то их сенсорные рецепторы могут измениться, чтобы лучше обнаруживать доступную добычу. Но поскольку те же самые рецепторы используются для поиска партнеров, эта адаптация может одновременно изменить их предпочтения в выборе более приспособленных партнеров.
Но в исследовании Вильяра до сих пор остаются вопросы, на которые оно не дало ответа. Пока что команда просто поместила в аквариум двух случайных осьминогов разного пола и наблюдала за их спариванием. Произошло бы спаривание между разными особями? Избирательны ли осьминоги в выборе партнера? И наконец, не сделает ли почти полная неподвижность в течение часа пару спаривающихся осьминогов невероятно уязвимыми для хищников?
Разделенная на части любовная игра
«Мы не обучали этих осьминогов спариваться через отверстия в барьере, но они всё равно это делали», — говорит Виллар. «То же самое происходило и с другими парами осьминогов, которые мы тестировали: все они так делали. Казалось, для них это было естественно». Предварительное объяснение, которое он предлагает, заключается в том, что осьминоги живут у морского дна в расщелинах между скалами. Осьминоги могут спокойно стоять неподвижно во время своего часового процесса спаривания, потому что, как предполагает Виллар, и самец, и самка могут прятаться в своих скалистых убежищах. Поскольку им не нужно видеть друг друга, самец, вероятно, просто направляет свой примерно 30-сантиметровый гектокотиль к расщелине соседней самки. Однако остальные вопросы кажутся более сложной задачей.
«В эксперименте мы использовали диких осьминогов, поэтому точно не знаем, на какой стадии репродуктивного цикла они находились», — говорит Виллар. Команда просто выбрала осьминогов, которые казались достаточно крупными для взрослых особей. Это не дало им данных о том, как, если вообще, изменяется синтез химических сигналов у самок на протяжении их жизненного цикла. «Возможно, количество отличается, возможно, тип выделяемых молекул отличается», — сказал Виллар, рассматривая несколько вариантов.
Оценка избирательности в спаривании осьминогов также представляет собой довольно сложную задачу. «Придётся создавать пары для размножения, а это значит, что нам придётся использовать осьминогов, выращенных в лаборатории. Это большая работа», — объясняет Виллар. Учёным нужно будет выращивать маленьких осьминогов с момента их вылупления, следить за их выживанием и кормить их на протяжении длительного жизненного цикла, который длится примерно два года, а это много времени и усилий.
Однако Виллар и его коллеги хотят сначала узнать больше о химических сигналах, влияющих на процесс спаривания осьминогов. «Мы знаем, что это прогестерон, но есть ли что-нибудь еще? Например, специфические молекулы, которые будут своего рода «отпечатком пальца» для конкретного вида», — говорит Виллар. «Мы хотели бы сравнить самок разных видов и посмотреть».
Science, 2026. DOI: 10.1126/science.aec9652
Источник: arstechnica.com
