Деякі види морських окунів (seabreams) починають життя представниками однієї статі, а закінчують — іншої, використовуючи зміну статі як частину свого нормального розвитку. У дослідженні 68 видів цих риб вчені з’ясували, як еволюціонувало це переключення та чому один зі шляхів вимагає додаткової кількості сперми. Також робота оцінює, яку частку маси тіла самці витрачають на свої репродуктивні органи, відкриваючи підказки про те, наскільки інтенсивно вони змагаються за запліднення ікри.
Чому морські окуні змінюють стать
Дослідження очолила Сусанна Пла, біологиня з Інституту морських наук (Institut de Ciències del Mar) Іспанської національної дослідницької ради в Барселоні. Її робота вивчає, як взаємодіють зміна статі, визначення статі та середовище, формуючи розмноження риб у дикій природі та в аквакультурі. Багато видів морських окунів використовують послідовний гермафродитизм — змінюють стать один раз протягом життя, зазвичай після досягнення дорослого віку або критичного розміру.
Спершу вони функціонують як одна стать, потім переключаються на іншу й більше не повертаються назад. Інші родичі зберігають фіксовану стать від народження до смерті — це називається гонахо́ризмом, коли організми є або самцями, або самками, але ніколи не обома.
Наявність обох стратегій в межах однієї родини риб створює для біологів природний полігон для перевірки гіпотез про те, навіщо еволюціонує зміна статі. Одна з ключових ідей — модель переваги розміру, яка пояснює зміну статі тоді, коли великий розмір більше вигідний одній статі — наприклад, у змаганні за партнерів або у виробленні потомства.
Дослідження використало цю модель, щоб перевірити, як зміни у шлюбній поведінці спричиняють появу або зникнення зміни статі в різних лініях риб.
Відстеження родоводів морських окунів
Морські окуні належать до родини Sparidae, що включає близько 150 прибережних видів, які живуть переважно в теплих і помірних морях.
«Спариди — ідеальна група риб для вивчення еволюції статевих систем», зазначають Пла та її колеги.
У межах дослідженої вибірки одна група видів демонструє протандрію — вони спочатку дозрівають як самці, а потім пізніше в житті змінюють стать на самок. Ці риби починають маленькими, рано запліднюють ікру, а потім виростають у великих самок із високою плодючістю протягом кількох сезонів нересту.
Інша група демонструє протогінію — починає життя як самки, а після збільшення розміру переходить у самців. У решти окунів стать залишається фіксованою. Таким чином, родина охоплює практично всі відомі статеві системи, що зустрічаються у риб в межах однієї еволюційної групи.
Наносячи ці стратегії на родове дерево, команда з’ясувала, що види з фіксованою статтю можуть еволюціонувати в будь-який тип риб, що змінюють стать. Вони також дійшли висновку, що «послідовний гермафродитизм є еволюційно нестабільним станом», про що свідчить багаторазове повернення до фіксованої статі.
Морські окуні, стать і сперма
Щоб визначити приховані витрати кожної стратегії, дослідники використали гонадо-соматичний індекс — показник, що порівнює масу гонад із масою тіла. Класичні дослідження серед риб показували, що високі значення цього індексу пов’язані з інтенсивним суперництвом самців за запліднення ікри.
У дослідженні морських окунів самці видів із фіксованою статтю мали досить високі значення гонадо-соматичного індексу протягом усього сезону нересту. Ці показники відповідають очікуванням для риб, які часто спаровуються у великих групах, де багато самців одночасно випускають сперму.
Сюрпризом стали самці видів, що спочатку є самцями і лише потім змінюють стать: саме вони показали найвищий середній гонадо-соматичний індекс серед усіх проаналізованих видів. Деякі з цих видів нерестяться переважно у форматі «один самець — одна самка», тому інтенсивне суперництво багатьох самців не може повністю пояснити спостереження.
Пла та колеги припускають, що маленьким самцям доводиться накопичувати значні запаси сперми, щоб запліднити величезні порції ікри, які виробляють значно більші за розміром самки. У цьому сенсі додатковий гонадо-соматичний індекс — це компенсаторна інвестиція, яка дозволяє дрібним самцям наздогнати високу репродуктивну продуктивність гігантів.
Уроки зі зміни статі в морських окунів
«Послідовний гермафродитизм явно переважає над одночасним гермафродитизмом», пишуть Пла та її колеги.
Нове дослідження демонструє, як ця глобальна закономірність проявляється в межах однієї родини риб, що має ключове значення для рибальства на кам’янистих і піщаних узбережжях. Для рибальських управлінців важливо знати, чи є запас популяції «спочатку самці», «спочатку самки» або з фіксованою статтю — тому що вилучення великих особин може спотворити статеві пропорції.
Коли види, що змінюють стать, нерівномірно інвестують у розмноження залежно від статі, рибальський тиск може змінювати їхні системи розмноження у спосіб, який менеджери не завжди можуть передбачити. Для студентів, які вивчають еволюцію, ця робота демонструє, що навіть стать може бути напрочуд гнучкою в океані. Поєднуючи родову історію, поведінку та крихітні наповнені спермою органи, Пла та її колеги розкривають еволюційний секрет, прихований у тілі цих риб.
Дослідження опубліковане в журналі Scientific Reports.