У морских коньков потомство вынашивают самцы. Самки откладывают яйца в специальный выводковой мешок на брюхе самца, где они оплодотворяются его спермой. В выводковых мешках эмбрионы получают питательные вещества и кислород из организма самца до тех пор, пока самец не родит маленьких морских коньков. Но как это происходит? Немецко-китайская исследовательская группа изучила генетические и клеточные механизмы, лежащие в основе смены половых ролей. Было обнаружено, что это стало возможным благодаря необычным гормональным процессам и уникальным стратегиям иммунотолерантности.
С точки зрения эволюции выводковая сумка — это выдающееся новшество, наряду с «мужской беременностью». У морских коньков выводковая сумка выполняет функции матки и плаценты во время беременности, ткань сумки самца видоизменяется и образует структуру, похожую на плаценту самки млекопитающего.
Удивительно, как это работает. Исследователи изучили этот процесс с помощью сравнительного геномного анализа РНК на клеточном уровне. Они сравнили клетки и клеточные сигналы в плаценте млекопитающих с клетками и сигналами в выводковых капсулах самцов морских коньков. Во всех остальных случаях живорождения женские гормоны играют ключевую роль в развитии структур, связанных с беременностью, и эмбрионов. Однако, как показали Аксель Мейер и его команда, у самцов морских коньков беременность протекает без типичных женских гормонов.
«Наше исследование подтверждает, что андрогены — то есть мужские половые гормоны — играют ключевую роль в развитии эмбрионов в выводковых сумках», — объясняет Аксель Мейер. «Андрогены вызывают утолщение и васкуляризацию кожного слоя брюшной полости, в результате чего образуется структура, похожая на плаценту млекопитающих. Это интересное отличие от развития в женской матке млекопитающих, в том числе человека, которое обычно происходит под воздействием женских гормонов».
Изучение иммунной системы также дало неожиданные результаты. Для живорождения крайне важно, чтобы иммунная система матери — или, в данном случае, самца морского конька — не распознавала эмбрионы как чужеродные тела и не отторгала их иммунологически. Как правило, эту задачу выполняет ген foxp3, который является ключевым в иммунной системе многих живородящих видов. Однако удивительно то, что именно этот ген отсутствует у самцов морских коньков. Тем не менее не происходит аутоиммунной реакции, при которой организм самца отторгает эмбрионы морских коньков. Аксель Мейер предполагает, что морские коньки используют необычную стратегию иммунной толерантности, в которой решающую роль снова могут играть мужские гормоны: «Андрогены часто обладают иммуносупрессивным действием, то есть подавляют иммунный ответ».
Генетические и клеточные характеристики выводковых мешочков дают представление об эволюционном развитии от видов, откладывающих яйца, к видам с живорождением. Различные эволюционные стадии в семействе Syngnathidae делают морских коньков исключительной моделью для изучения эволюции от яйцекладущих предков до живородящего размножения. Предположительно, на раннем этапе развития появились «липкие яйца», которые прикреплялись к телу самцов, у которых в то время ещё не было выводковых сумок.
«Следующим эволюционным шагом стало появление у самцов выводковых сумок, в которых они хранили и защищали яйца, а также снабжали их питательными веществами. Благодаря исследованию мы лучше понимаем генетические, молекулярные и клеточные механизмы, лежащие в основе этого удивительного эволюционного эксперимента. Беременность неоднократно возникала у самок млекопитающих и самцов морских коньков, но происходила по разными генетическими и гормональными путями», — заключает Аксель Мейер, автор работы, опубликованной в журнале Nature Ecology & Evolution.
[Фото: ru.123rf.com]
