Эмбрионы черепах могут выбирать свой будущий пол

Обновлено: 17.09.2024

Двигаясь внутри яйца, детёныши китайской трёхкилевой черепахи выбирают места потеплее или похолоднее, тем самым определяя своё половое будущее.

У зверей, у птиц и ещё у множества животных пол определяется половыми хромосомами: у большинства зверей это две хромосомы X и Y, а у птиц, например, Z и W. Но есть виды, у которых пол зависит не только от того, какие хромосомы достались зародышу, но и от внешних условий, при которых зародыш развивается. Так, у крокодилов, большинства черепах и ещё некоторых рептилий многое зависит от температуры. Там могут быть разные варианты: либо самцы появляются, когда температура ниже какого-то значения, а самки - когда выше, либо же самцы выводятся только в каком-то температурном промежутке и т. д. (А бывает, что пол зависит и от хромосом, и от температуры, как у бородатых агам.)

Китайская трёхкилевая черепаха. (Фото: turtleman / Depositphotos)

Температура же может быть разной не только в зависимости от места кладки, но и в самом гнезде, и даже в пределах одного и того же яйца. Несколько лет назад исследователи из Зоологического института Китайской академии наук обнаружили, что зародыши китайской трёхкилевой черепахи способны перемещаться внутри яйца, и тянет их при этом туда, где яйцо потеплее. Можно предположить, что, двигаясь внутри яйца, эмбрионы определяют свой пол. Но достаточна ли температурная разница внутри яйца, чтобы от неё зависело, кто появится на свет, самец или самка?

Дальнейшие исследования показали, что в среднем разница между холодной зоной и тёплой зоной яйца составляет в среднем 1,2 °С, а вообще же может достигать 4,7 °С. С другой стороны, зародыши трёхкилевой черепахи действительно перемещаются туда, где потеплее: когда у них с помощью специального вещества отключали температурную чувствительность, то такие зародыши особо никуда не двигались, тогда как нормальные черепашата старались пододвинуться туда, где яйцо теплее. (В экспериментах яйцо ещё и нагревали.) А чтобы ответить на главный вопрос - влияет ли такое поведение на формирование пола - авторы работы обработали тем веществом, которое уменьшает температурную чувствительность, несколько черепашьих кладок и оставили их развиваться в естественных условиях. Пропорцию самцов и самок в таких кладках сравнивали с той, которая получалась в обычных, ничем не обработанных гнёздах.

В статье в Current Biology говорится, что если вокруг вообще было холодно, то из большинства зародышей, как нормальных, так и нечувствительных к температуре, получались самцы. Если вокруг в целом было жарко (то есть кладка развивалась в тёплый сезон), то из тех и других яиц выводились преимущественно самки.

Различия начинались в районе 28 °С - именно такая температура разделяет самцов и самок китайской трёхкилевой черепахи. Если вокруг было чуть холоднее, чем 28 °С, то из зародышей, нечувствительных к температуре, получались самцы, а если t была чуть выше 28 °С, то самки. А вот из обычных яиц при t около 28 °С самки и самцы выводились преимущественно в одинаковом количестве. По мнению исследователей, маленькие черепашки в яйце стараются выбрать для себя наиболее комфортную температуру, и потому, когда становится холодно, они стремятся туда, где потеплее, и наоборот. Если всё происходит при пограничных 28 °С, то даже такой перепад температуры, какой можно найти в яйце, сыграет роль в определении пола. Так что при 28 °С маленькие черепашки своими активными действиями поддерживают соотношение полов 1:1.

Правда, как пишет портал The Scientist, исследование убедило не всех. Некоторые специалисты продолжают сомневаться, что в природных условиях в яйце есть достаточная разница температур, чтобы повлиять на формирование пола, и что сами черепашата так уж способны двигаться в вязкой среде яйца. Возможно, что они перемещаются пассивно, но вообще, чтобы точно понять, что там происходит, нужно отследить именно движение зародышей - тогда как авторы работы всего лишь отмечали их положение с интервалом в две недели.

Но, как было сказано выше, черепашата, нечувствительные к температуре, в определённых условиях действительно вылупляются хором самцами или самками (а обычных в тех же условиях получается поровну), так что не исключено, что они и впрямь активно выбирают свой пол.

Появились доказательства того, что эмбрионы китайской трёхкилевой черепахи (Mauremys reevesii) имеют некоторую свободу в определении своего будущего пола. Делают они это, перемещаясь в более теплые или холодные участки внутри яйца. Открытие потенциально может спасти некоторые виды черепах от вымирания, уравновесив их половой баланс, отмечается в опубликованной учеными из Китая и Австралии статье в Current Biology.

Фото: Индикатор Индикатор

Пол зародыша рептилии зависит от гормонов, синтезируемых в процессе развития. Для крокодилов, многих рыб, некоторых ящериц и большинства черепах, в свою очередь, синтез этих гормонов зависит от температуры извне. Более низкие значения приводят к перекосу в сторону самцов, более высокие — в сторону самок. Сдвиг температуры всего на 2 °C может привести к рождению потомства того или иного пола. По мере глобального роста температуры эта особенность может обречь некоторые виды рептилий, в том числе уже находящуюся в Красной книге китайскую трёхкилевую черепаху (Mauremys reevesii). Со временем половой баланс несчастных все больше будет перекашиваться в сторону самок. Небольшую надежду оставляет исследование 2011 года, которое показало, что эмбрионы дальневосточной черепахи (Pelodiscus sinensis) в естественной среде могут перемещаться между более холодными и более теплыми участками в пределах своего яйца.

На этот раз зоологи из Академии наук Китая и университета Маккуори изучили поведение эмбрионов трехкилевой черепахи в лаборатории. Сперва, исследователи измерили температуру яйца и определили положение эмбриона в нем. Затем, они покрыли половину яиц химическим веществом, которое блокирует прогревание яйца источниками извне.

Спустя неделю биологи обнаружили, что температура яйца может варьировать до 4,7 °C. Эмбрионы в яйцах с химической оболочкой двигались в среднем до 2 мм. И почти все они вылупились самцами. Зародыши из контрольной же группы были более подвижны в ответ на температурный режим: они перемещались в среднем на 4 мм. И соотношение полов для них составило 50 на 50.

«Подвижные эмбрионы способны находить в яйце так называемую «зону Златовласки», — поясняет один из соавторов статьи, биолог из Университета Маккуори в Сиднее Ричард Шайн. — В этом участке яйца температура не слишком горяча, ни слишком холодна — порядка 29 °C. Это и приводит к случайному выбору пола и почти равному соотношению таковых».

Китайские ученые выяснили, что эмбрионы черепах перемещаются внутри яиц, влияя таким образом на свой будущий пол. По мнению ученых, эта особенность поможет рептилиям приспособиться к потеплению климата.

У многих рептилий, например черепах и крокодилов, пол зависит от температуры, при которой яйцо находилось в кладке. У черепах, как правило, эмбрионы становятся женскими, если температура выше определенной отметки, и мужскими, если она была ниже. Такая зависимость может стать проблемой для черепах в условиях глобального потепления, ведь, если температура гнезд поднимется хотя бы на градус, равновесие между полами в популяции резко изменится. В результате численность черепах может резко упасть, что может привести даже к их вымиранию. Однако эмбрионы могут перемещаться внутри яйца, и, если оно нагревается неравномерно, это, вероятно, может сыграть роль в определении пола.

Чтобы проверить, могут ли передвижения играть какую-то роль, ученые использовали вещество капсазепин, антагонист капсаицина, который делает красный перец жгучим. Капсазепин блокирует рецепторы, которые позволяют почувствовать жар, а значит, снижает чувствительность к температуре. Ученые обрабатывали яйца черепах на ферме капсазепином и наблюдали в течение трех сезонов за тем, кто выходит из кладок. Кроме того, они смотрели яйца на просвет, чтобы отследить передвижения эмбрионов.

Ученые пришли к выводу, что будущие черепашки двигаются не случайно. Эмбрионы сдвигаются внутри яйца в ту сторону, которая не слишком теплая и не слишком холодная. Это позволяет минимизировать половое неравновесие среди вылупившихся детенышей. Возможно, благодаря этому черепахи смогли прожить на Земле сотни миллионов лет и дожить до наших дней, несмотря на то что климат за это время знал времена и значительно теплее тех, что могут наступить даже к концу XXI века при нынешних темпах изменений. Авторы исследования считают, что умение эмбрионов черепах вертеться в сложившихся обстоятельствах внутри скорлупы поможет им пережить грядущие перемены.

Китайские ученые решили проверить предположение о последствиях потепления и роли передвижений эмбриона по яйцу, проведя исследование на живущих в пресной воде китайских трехкилевых черепахах (Mauremys reevesii). Это обычная для Китая черепаха, которую часто разводят на коммерческих фермах. Как и у других черепах, у трехкилевой пол зависит от температуры кладки — граница проходит примерно по 28 °C. Если яйца холоднее этой отметки, из них выйдут в основном самцы, если теплее, то самки. При этом отклонение на 2-2,5 градуса приводит к тому, что в выводке один пол почти полностью преобладает над другим.

Оказалось, что в яйцах, обработанных капсазепином, эмбрионы почти не двигаются, видимо не чувствуя температуры. Это почти не повлияло на выбор пола в самый прохладный и самый жаркий сезоны. В результате и из яиц, обработанных этим веществом, и из контрольных в прохладное лето вылупились почти все самцы, а в жаркое — почти только самки. Но вот в сезоны, когда кладка прогревалась до примерно 28 °C с некоторым зазором в б о́льшую или меньшую сторону, влияние передвижений было заметно. Если сезон был чуть прохладным и яйца нагревались до 26,8 градуса, в кладках, обработанных капсазепином, рождалось только 11% самок. В кладках, где эмбрионы чувствовали температуру и двигались, самок было 45%. В более теплый сезон, когда кладка прогрелась до 28,04 °C, из яиц с неподвижными эмбрионами вышло 59% самок, а из нормальных — 34%.

На картинке слева верхнее яйцо обработано капсазепином, и эмбрион находится посередине; на нижнем же эмбрион подвинулся в более теплую половину яйца. Справа — график движения будущих черепах в яйцах

Ученые проводили и лабораторный эксперимент, в котором контролируемо нагревали яйца с одной стороны — до температуры 29 °C, а с другой — до 27. В тех яйцах, где эмбрион не двигался, в 85% случаев развивались самцы. В яйцах же, где эмбрион плавал, разброс по полам был не таким большим — всего 48% самок на 52% самцов.

Авторы исследования считают, что умение эмбрионов черепах вертеться в сложившихся обстоятельствах внутри скорлупы поможет им пережить грядущие перемены.

Бородатые агамы — ящерицы, обитающие в Австралии, относятся к тем рептилиям, у которых пол эмбриона зависит не только от состава пары половых хромосом, как, например, у человека, но и от температуры, в которой инкубируются яйца. При нормальной температуре из яиц рождаются как самцы с двумя одинаковыми половыми хромосомами — ZZ, так и самки, у которых половые хромосомы разные — ZW. Если температура выше 32 °C, самками станут все детеныши, причем даже те, у которых набор половых хромосом был мужским.

Ученые решили выяснить, какие молекулярные механизмы приводят к смене пола эмбриона. Для этого они изучили данные о транскриптоме, то есть наборе всех копий РНК бородатой агамы, миссисипского аллигатора и красноухой черепахи. Обнаружилось, что у особей, которые поменяли пол в яйце, есть изменения в двух генах семейства Jumonji, точнее не в самих генах, а только в копиях с них — матричных РНК, по которым непосредственно собираются белки. У самок, которые сменили пол, мРНК этих генов собирается в таком варианте, с которого не синтезируется нормальный белок.

Гены семейства Jumonji есть у самых разных животных, в том числе и человека, и участвуют в развитии эмбрионов. Предыдущие исследования на мышах показали, что эти гены отвечают за развитие мужских половых признаков, а у рептилий они определяют развитие пола у эмбриона, направляя его по гомогаметному пути. То есть, если гены Jumonji работают правильно, развивается пол, соответствующий набору хромосом ZZ, а значит, разовьется самец, или, в случае черепах, — XX, и получится самка. Если же копии с генов измененные, система развития пола по гомогаметному пути даст сбой, и эмбрион развивается так, как если бы нес гетерогаметный набор половых хромосом — ZW или XY.

Почему при повышении температуры меняется форма РНК ключевых для развития пола генов, пока трудно сказать, но ученые обратили внимание, что у особей, пол которых определила температура, высоко содержание копий генов, которые нужны для синтеза кортизола — гормона стресса. В ответ на стресс из-за повышения температуры в организме вырабатывается кортизол, и, как предположили ученые, это запускает механизм альтернативной работы генов Jumonji и, соответственно, смены пола.

Исследование описано в журнале Science Advances.

Ранее некоторые из авторов исследования выяснили, что агамы, которые сменили пол в яйце, смелее своих обычных собратьев.

Народная медицина знает множество методов управления полом ребенка — от составления гороскопов до подкладывания символических предметов на брачное ложе будущих отца и матери. Вопрос об их эффективности остается открытым, что не снижает интереса людей к подобным практикам. Тема актуальна и с медицинской точки зрения: многие наследственные заболевания сцеплены с полом и, следовательно, их можно избежать, если научиться влиять на процесс установления пола. Однако все эти соображения не имели бы смысла, если бы мы были уверены, что пол определяется абсолютно случайным образом. Что заставляет нас думать иначе?

Подсчитывать рождаемость мальчиков и девочек ученые начали еще в XVII веке и не прекращают до сих пор. За сотни лет подсчитанное соотношение полов новорожденных практически никогда не равнялось строго 1:1. Правда, перекос не выглядит драматическим: средние оценки по миру дают 106 рождающихся мальчиков на 100 девочек. (Скажем сразу, эти цифры не отражают соотношение среди взрослого населения из-за множества наслаивающихся социальных факторов.) Однако в разных частях света соотношение может отличаться от среднего. Так, мальчиков рождается больше всего в восточных странах, а при движении на запад эти цифры падают. Существуют и расовые особенности, например, в некоторых областях Африки соотношение достигает 99:100 уже в пользу девочек. Отклонения от стандартных цифр могут возникать для отдельных групп (например, у миллиардеров из списка Форбс 2009 года 60% детей — мальчики); при определенных условиях (после аномальных скачков температуры в Японии в 2010—2011 годах девочек стало рождаться больше) и в результате социальных конфликтов. Примером последнего случая является так называемый «эффект войны» — во многих популяциях после войны мальчики рождаются чаще.

Изображение: Анатолий Лапушко / Chrdk.

Все эти данные говорят о том, что выбор пола не в полной мере определяется случайной встречей половых клеток родителей. По всей видимости, есть какая-то стратегия воспроизводства, которой придерживается человечество как биологический вид, и какие-то физиологические механизмы, обеспечивающие это неравенство.

Стратегии управления полом встречаются у самых разных животных. У кого-то это зависит от времени года: пресноводные рачки дафнии в благоприятных условиях (летом) производят самок, которые размножаются партеногенезом (без участия самцов), а самцы появляются только в критические моменты, то есть осенью. У многих рептилий пол задает температура, в которой развивается яйцо, а некоторые рыбы вообще способны изменять пол в течение жизни. Но пол человека однозначно определяется генетически, наличием или отсутствием Y-хромосомы. Как в таком случае на него могут повлиять внешние условия?

Строго говоря, генетические теории, объясняющие соотношение полов, тоже существуют. Масштабное исследование родословных обнаружило, что чем больше у мужчины братьев, тем выше шанс, что у него родятся сыновья. И наоборот, чем больше сестер, тем больше дочерей. Это позволяет предположить, что существует какой-то ген «мужской» и «женской» версии, который определяет пол ребенка и наследуется по мужской линии (или работает только в мужской репродуктивной системе).

Тогда «эффект войны» можно объяснить следующим образом. Пусть у нас есть мужчина, А — с «женским» вариантом гена. У него есть, скажем, три дочери и один сын. Сын уходит на войну и погибает, не передав никому своих генов. В соседнем доме живет мужчина Б с «мужским» вариантом гена. У него три сына и дочь. Если его сыновья уйдут на войну, то, так как их больше, шансы того, что хотя бы один выживет, больше. Выживший, соответственно, передаст свой, «мужской» вариант гена сыновьям (которые, в свою очередь, у него родятся с намного большей вероятностью). Таким образом, у войны действительно не женское лицо: она отсеивает «женские» версии генов, что объясняет послевоенный всплеск рождаемости мальчиков. Но не объясняет многих других явлений, например падение количества мальчиков после стихийных бедствий, где оба пола страдают в равной мере.

Ищем корни несправедливости

Упомянутое выше соотношение полов новорожденных называют вторичным соотношением, подразумевая, что есть еще и первичное — соотношение полов только что зачатых эмбрионов. Было бы интересно выяснить, зависит ли как-то одно от другого. Но проблема в том, что первичное соотношение у человека изучать крайне трудно. Беременность можно диагностировать, начиная с двух недель после зачатия, и к этому моменту часть эмбрионов может успеть погибнуть. Можно опираться на данные экстракорпорального оплодотворения, но стоит принимать во внимание, что часто к нему прибегают при нарушениях в работе половой системы и заставляют сливаться половые клетки, которые в естественных условиях не смогли бы провзаимодействовать. Некоторые данные получают, анализируя случаи выкидышей и абортов, но и они не могут дать полной картины, так как эти зародыши могут иметь сильные отклонения в развитии. Поэтому попытки восстановить первичное соотношение полов приводят к самым разным результатам: от 115:100 до 170:100 в пользу мальчиков. Есть и те, кто утверждает, что первичное соотношение составляет 1:1 и не перекошено ни в какую сторону.

Пока одни спорят о первичных соотношениях, другие ищут, на каком этапе условия могут повлиять на пол ребенка. Мы насчитали пять рубежей.

1. Чья армия больше? Пол будущего ребенка напрямую зависит от отца, так как у матери обе половые хромосомы одинаковые. Проще всего предположить, что в определенных условиях мужчины производят больше сперматозоидов с Y-хромосомой. Этот эффект отмечали у мужчин после длительного воздержания: «мальчиковых» сперматозоидов в сперме мужчин, проживших две недели без секса, на 6% меньше. Однако едва ли это связано с тем, что мужской организм производит меньше Y-сперматозоидов. Скорее дело в том, что Y-сперматозоиды менее живучи, чем их Х-собратья, поэтому за время воздержания часть из них погибает.

2. Кто первый добежит? Забег сперматозоидов в сторону яйцеклетки тоже происходит нечестно. Многие ученые делают ставки на Х-сперматозоиды. Другие полагают, что Y-сперматозоиды подвижнее, так как Y-хромосома меньше, чем Х. Так до сих пор и неясно, кто быстрее. Но все сходятся в том, что Х-сперматозоиды более выносливые. Поэтому, когда сперма попадает в неблагоприятные условия, например среда во влагалище становится кислой и разрушает клетки, Y-сперматозоиды погибают первыми, в то время как Х держатся дольше и могут «дотерпеть» до финиша. На этой идее, кстати, основан народный метод спринцевания уксусной кислотой: считается, что так можно зачать девочку, потому что Y-сперматозоиды не выдерживают кислой среды. Научных подтверждений успешности этих манипуляций нам найти не удалось. Кстати, подвижность сперматозоидов часто снижается при стрессе (например, после стихийных бедствий), тогда живучесть оказывается эффективнее скорости, и девочек рождается больше.

3. Кто избранный? Из множества рыцарей прекрасная дама выбирает не самого быстрого и храброго, а того, к кому «душа лежит». Слияние сперматозоида с яйцеклеткой начинается со взаимодействия поверхностных белков на мембране сперматозоида с белками оболочки оплодотворения — полимерной пленки, которой окружена яйцеклетка. Ученые подозревают, что половые гормоны (в первую очередь, тестостерон) могут влиять на белки оболочки оплодотворения. Таким образом, под действием тестостерона женский организм может запрограммировать яйцеклетку, чтобы она лучше сливалась с Y-сперматозоидами. А на тестостерон уже, в свою очередь, могут влиять внешние факторы, например уже упомянутый стресс или высокое социальное положение (а об этом ниже).

Изображение: Анатолий Лапушко / Chrdk.

4. Как выбрать момент? Кроме тестостерона на процесс оплодотворения могут влиять и женские половые гормоны, контролирующие женские циклы. Сразу после овуляции (выхода яйцеклетки из яичника в яйцевод) гормональный фон благоприятствует зачатию девочек. В остальное же время цикла выше шансы у мальчиков. Поэтому чем чаще пара занимается сексом, тем выше вероятность рождения мальчика. Исследование, в ходе которого подсчитывали рождаемость в Австралии, обнаружило, что среди детей, зачатых в первые месяцы после свадьбы, соотношение полов возрастает до 109,4:100, и это неспроста. Возможно, этот же механизм объясняет и «эффект войны»: после воссоединения пары активно наверстывают упущенное, и мальчиков в результате рождается больше.

5. Кто доживет? Недавние подсчеты показали, что смертность эмбрионов разного пола в течение беременности изменяется неравномерно: в первом триместре чаще погибают зародыши мужского пола, во втором — женского, в третьем — опять мужского. При этом большинство ученых сходятся на том, что эмбрионы-мальчики в целом слабее, как и их предшественники — Y-сперматозоиды. Вероятно, это связано с тем, что у девочек есть дополнительная Х-хромосома. Правда, по правилам ей положено замолчать (то есть инактивироваться), но около 15% ее генов все же работают, обеспечивая девочкам конкурентное преимущество.

Родительский контроль

Мы знаем довольно много об отдельных факторах, сдвигающих соотношение полов в ту или иную сторону. И — удивительно, насколько порой «народная мудрость» близка к результатам реальных научных исследований. Практически для каждой рекомендации (исключая подкладывание расчесок или игрушечных машинок на супружеское ложе) можно подобрать научное обоснование. В основе большинства механизмов «управления полом» лежит стресс. Стресс влияет на мужской и женский гормональный фон, а гормоны, в свою очередь, определяют избирательность оплодотворения и мешают эмбриону нормально развиваться. Тяжелые потрясения, стихийные бедствия, заболевания, климатические аномалии — все это бьет по самым чувствительным зародышам (то есть мальчикам), и соотношение полов новорожденных падает. Это было показано и на курящих родителях, и после аномальной жары и холодов в Японии, и после терактов 11 сентября 2001 года. Но даже при более низком уровне стресса — например, неблагоприятной температуре в течение года — зародыши-мальчики выживают хуже. Этим объясняются, вероятно, народные рекомендации зачинать девочку во время морозов или бури. Стресс может быть связан также с профессией или социальным положением. Как мужчины, так и женщины, подверженные хроническим стрессам, например работающие водителями, авиапилотами или дайверами, чаще производят на свет девочек.

Изображение: Анатолий Лапушко / Chrdk.

Неблагоприятные условия возникают и при недостатке калорий в организме матери. Женщины с небольшим весом (дефицит энергии), равно как и женщины, набравшие существенный вес за время беременности (ожирение, стресс), также чаще рожают девочек. Однако кроме калорийности, по всей видимости, имеет значение и содержание отдельных веществ в пище. Народная медицина советует желающим зачать девочку есть больше кальция и магния (чай, курица, картофель ), а мальчика — натрия и калия (кофе, мясо, бананы ). Научное обоснование здесь еще предстоит найти, хотя некоторые исследователи полагают, что употребление солей изменяет состав жидкости во влагалище и способствует выживанию определенного типа сперматозоидов. А другие пошли еще дальше и разработали целые диеты для будущих мам на основании солевого состава их крови и гормонального фона. В двух независимых экспериментах (1 и 2) таким образом удалось «запрограммировать» девочек у более 75% участниц программы.

Берегите мальчиков

Как мы видим, мальчикам на ранних этапах жизни приходится непросто. Почему же в результате их все равно больше, чем девочек? Вероятно, дело в первичном соотношении полов или в том, что часть эмбрионов-девочек не переживает второго триместра беременности. Тогда невольно возникает вопрос: зачем строить такую сложную стратегию? Судя по всему, это способ человеческой популяции адаптироваться под изменяющиеся внешние условия.

Так, согласно популярной гипотезе Триверса-Вилларда, одним из таких внешних факторов может быть положение родителей в социальной иерархии. Мальчиков выносить сложно, но и в качестве агентов распространения своего генофонда они намного эффективнее: у мальчика с легкостью может быть десять, двадцать и сто детей. Поэтому родители с высоким статусом могут позволить себе «инвестировать» в мальчиков. Под высоким статусом в современном обществе можно понимать низкий уровень стресса и хорошее здоровье. Люди же с низким статусом (высокий уровень стресса) не могут быть уверены, что выносят мальчика, поэтому выгоднее вложиться в большее количество девочек, чтобы гарантировать себе хоть какое-то будущее.

Выдвигалась и другая гипотеза: эмбрионы-мальчики выживают хуже, чтобы работать фильтром для новых мутаций. Так как у них разные половые хромосомы, им нечем компенсировать измененные версии генов. Поэтому дефектные варианты будут сразу отбракованы и исключены из популяции, зато новые «улучшенные» варианты получат преимущество.

Впрочем, в современном мире легче жизнь мальчиков не становится. Многие исследователи отмечают, что вторичное соотношение полов по всему миру снижается, то есть девочек становится больше, чем мальчиков. Это может быть связано с растущим уровнем стресса или действием отравляющих факторов. В отдельных популяциях соотношение и вовсе перевернулось. Так, у одной из групп оджибве, коренных обитателей Канады, в 90-х годах рождалось 45% мальчиков, а к 2003 году — всего 35%. Остается только надеяться, что человечество придумает способ восстановить количество мальчиков, пока они не исчезли совсем, не прибегая к помощи эффекта войны.

Эмбрионы китайской трехкилевой черепахи передвигаются в яйцах в направлении участков с более комфортными температурными условиями, что, возможно, оказывает влияние на будущую половую принадлежность черепах. Об этом китайские ученые сообщили в статье в журнале Biology Letters.

Эмбрион дальневосточной черепахи при нормальных условиях инкубации (слева) и при нагревании боковой стороны яйца (справа). Фото: PNAS/Du et al., 2011

Черепахи, будучи холоднокровными животными, регулируют температуру своего тела, перемещаясь в более или менее теплые условия среды - на солнце или в тень. В 2011 году было показано, что уже на эмбриональной стадии они способны менять свое местоположение в яйце при изменении температурных условий. В тех опытах принимали участие яйца дальневосточных черепах (Pelodiscus sinensis): эмбрионы передвигались в тот конец яйца, который больше подогревался. Полевой эксперимент подтвердил лабораторный результат: по вскрытии яиц, развивавшихся в почве, обнаружилось, что маленькие черепашки расположились в той стороне яйца, которая была ближе к поверхности грунта, где теплее.

В новом исследовании ученые решили проверить, будут ли эмбрионы китайской трехкилевой черепахи (Chinemys reevesii) двигаться от излишне нагретого конца яйца, как взрослые особи уходят с палящего солнца. Они поместили 125 яиц в инкубатор с температурой 26 °C, разделив их на несколько групп, и отслеживали изменения местоположения эмбрионов с помощью просвечивающей лампы. В контрольной группе, где температуру не меняли, и в той, где одну «боковую» сторону яйца нагрели до 29 °C, эмбрионы оставались в центральной части яйца. Если до 29 или 30 °C нагревали один из концов яйца, то зародыши перемещались к нему, как и в эксперименте с P. sinensis. В той же группе, где конец яйца нагревали до 33 °C - слишком высокой температуры для развития черепах, - эмбрионы смещались в менее жаркий конец.

Другой вопрос, который остался без ответа в 2011 году: сами ли эмбрионы совершают движения или оно происходит за счет перемещения жидкостей внутри яйца? Чтобы прояснить его, биологи инкубировали 41 яйцо C. reevesii, возле одного конца поддерживая оптимальную для развития зародышей температуру - 28 °C. Спустя 10 дней они убили половину эмбрионов, сделав инъекцию, а спустя неделю проверили местоположение их во всех яйцах. Оказалось, что живые эмбрионы переместились в направлении температурного оптимума, а умерщвленные остались на месте. Таким образом, подтвердилось предположение, что перемещение происходит в результате активности самих зародышей.

Термозависимые миграции внутри яиц, вероятно, широко распространены среди рептилий и птиц, по крайней мере у тех, чьи яйца достаточно велики.

По словам эколога Вея-Гуо Ду (Wei-Guo Du) из Китайской академии наук, ведущего автора исследования, так называемое терморегуляторное поведение внутри яиц, вероятно, широко распространено среди рептилий и, возможно, птиц, по крайней мере у тех, чьи яйца достаточно велики, чтобы в них могла существовать температурная разница в разных участках. Это могло бы сыграть на руку таким видам в период потепления климата, поскольку развивающиеся эмбрионы смогут избегать некомфортно теплых температур, добавляет он.

Кроме того, по мнению ученого, такое поведение эмбрионов может быть связано с детерминацией пола. Половая принадлежность у китайских трехкилевых черепах зависит от температуры, в которой развивался эмбрион: если это происходило в более прохладных условиях, детеныши преимущественно оказываются самцами, если в более теплых - самками. «Полученные нами результаты предполагают, что эти животные могут выбирать себе судьбу даже на ранней стадии развития эмбриона», - говорит Ду.

Впрочем, это пока открытый вопрос, в котором много неясностей. Среди множества черепах, у которых будущий пол зависит от температуры, на соотношение полов у детенышей сильно влияют и другие факторы, такие как растительный покров вокруг кладки, климатические условия в целом, уровень стероидных гормонов в желтке. Температурозависимые движения эмбрионов, если это явление действительно распространено у черепах, на фоне остальных факторов могут иметь весьма незначительный эффект.

У черепах, как и у целого ряда других рептилий, пол появляющихся на свет детёнышей зависит от того, при какой температуре они развивались в яйце. Обычно чем выше эта температура, тем больше вероятность рождения самки. Сдвиг температуры всего на два градуса может привести к тому, что весь выводок будет состоять только из самок. Существует гипотеза, согласно которой этим свойством обладали также и динозавры, а вымирание динозавров вызвано тем, что из-за климатических изменений у них вылуплялись детёныши только одного пола. Весьма вероятно, что теперь такая судьба грозит морским черепахам.

Подробнее о температурном определении пола зародышей можно прочитать в наших специальных очерках «Кем быть: определение пола в животном мира» и «Ящерицы меняют пол».

Однако новое исследование, проведённое учёными Зоологического института Китайской академии наук и Университета Маккуори (Сидней), показало, что эмбрионы одного из видов черепах могут влиять на свой будущий пол, перемещаясь внутри яйца. Впервые движения зародышей дальневосточной черепахи (Pelodiscus sinensis) между более тёплыми и более холодными областями яйца были описаны в 2011 году в статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences. Два года спустя аналогичная способность была подтверждена ещё для одного вида — китайской трёхкилевой черепахи (Mauremys reevesii).

В новой работе, чтобы выяснить, может ли такое поведение изменить соотношение полов у вылупившихся черепашат, эта же группа учёных исследовала двенадцать кладок яиц китайских трёхкилевых черепах на коммерческой ферме в Цзясине. Этот вид признан вымирающим, и добыча его в дикой природе запрещена, но в Китае действует более шестисот ферм, где трёхкилевых черепах выращивают для нужд традиционной медицины и для продажи в качестве домашних животных.

Учёные просвечивали яйца, чтобы определить положение эмбриона, а также измеряли температуру в разных точках яйца. При среднем размере яйца в 3,4 сантиметра разница температуры, как выяснилось, может достигать 4,7 °C. Затем они покрыли половину яиц веществом, которое блокирует способность эмбрионов ощущать температуру снаружи и, вероятно, препятствует их перемещению под действием температуры.

Спустя неделю выяснилось, что эмбрионы в яйцах, покрытых изолирующей оболочкой, изменили своё положение не более чем на 2 миллиметра. После вылупления оказалось, что почти все они стали самками. В яйцах, оставленных нетронутыми, среднее перемещение зародышей составило 4 миллиметра. Хотя разница кажется небольшой, соотношение полов при рождении оказалось близким к 50 на 50. По словам одного из авторов исследования, Ричарда Шайна (Richard Shine), эмбрионы черепах смогли найти идеальную для своего развития зону в яйце, где температура была ни слишком высокой, ни слишком низкой. Такая оптимальная температура для этого вида равна 29 °C.

Эксперимент повторили в условиях лаборатории, чтобы исключить влияние на пол эмбрионов других факторов (влажность, уровень кислорода). Результаты оказались такими же. Эмбрионы, получавшие информацию о температуре поверхности яйца, сильнее сдвигались к зоне оптимальной температуры, что влияло в итоге на соотношение полов. Итоги нынешнего исследования опубликованы в журнале Current Biology.

Ричард Шайн замечает, что такая способность не послужит черепахам достаточной защитой от вымирания в ходе дальнейшего потепления климата. Эмбрион может выбирать желаемую температуру только в пределах яйца, и, если температура станет слишком высокой, как это ожидается к концу XXI века, уже нигде не будет достаточно прохладно, чтобы эмбрион развивался в оптимальных условиях. Правда, остаётся надежда, что к новому температурному режиму успеют приспособиться взрослые черепахи и начнут выбирать более прохладные места для откладки яиц.

Эволюционный биолог Херардо Антонио Кордеро (Gerardo Antonio Cordero), комментируя работу китайско-австралийской группы, сомневается в возможности черепашьих эмбрионов полностью контролировать температуру во время своего развития. Он отмечает, что авторы не установили, в течение какого срока эмбрионы способны двигаться в яйце. «Я не хочу, чтобы у людей создавалось впечатление, что эмбрионы свободно перемещаются в течение всего времени развития», — говорит Кордеро. Также он отмечает, что эмбрионы окружены желточным мешком с непроницаемыми мембранами, которые затрудняют перемещение в тесном пространстве, тем более что со временем эмбрион растёт. «Данные очень интригующие, и было бы замечательно, если бы это было так, но я не думаю, что всё настолько ясно, как утверждают авторы», — заключает он.

Эмбрионы пресноводных черепах способны "выбирать" собственный пол, перемещаясь внутри яйца, выяснили учёные из Австралии и Китая. Такая способность может спасти некоторые виды этих пресмыкающихся от вымирания, которое грозит им из-за глобального потепления.

Поясним, что пол рептилий зависит от гормонов, вырабатываемых в процессе развития эмбрионов. У крокодилов, некоторых ящериц и большинства черепах на эти гормоны влияет температура во время инкубации яйца. Чем ниже температура, чем выше вероятность появления на свет самцов.

Повышение средней температуры даже на два градуса по Цельсию способно привести к рождению однополых черепах, что грозит гибелью вида.

Исследователи из Китайской академии наук в Пекине и Университета Маккуори задались вопросом, как эмбрионы черепах могут реагировать на столь быстрое изменение среды.

Некогда они изучали зародышей дальневосточной черепахи (Pelodiscus sinensis) и выяснили, что они способны перемещаться между более холодными и более тёплыми участками своих яиц.

Чтобы выяснить, может ли это перемещение как-то сказаться на соотношении полов у черепах, та же команда учёных изучила инкубацию яиц (процесс развития эмбриона яйцекладущих животных от момента снесения яиц до появления выводка) китайской трёхкилевой черепахи (Mauremys reevesii). Инкубация яиц проходила при различных температурах как в лаборатории, так и на черепашьей ферме, то есть в естественных условиях.

Возможно, такая способность поможет черепахам адаптироваться к глобальному потеплению.

Специалисты определили изначальное местоположение каждого эмбриона и измерили температуру на разных участках яиц.

Затем учёные обработали половину яиц химическим веществом под названием капсазепин (capsazepine), который блокирует рецептор, используемый животными в качестве датчика температуры.

Через некоторое время учёные выяснили, что почти все эмбрионы в обработанных капсазепином яйцах были одного пола – самки или самцы, в зависимости от температуры инкубации. При этом они мало двигались внутри яиц: всего на два миллиметра.

Что же касается необработанных яиц, то в них эмбрионы двигались намного больше – в среднем на четыре миллиметра. Как пишут учёные, соотношение полов в этом случае можно было назвать идеальным: 50 на 50 (рождалось практически одинаковое количество самок и самцов).

Всё это говорит о том, что эмбрионы из последней группы смогли найти так называемую зону Златовласки, то есть место, где температура была не слишком высокой и не слишком низкой (29 градусов по Цельсию), говорит соавтор работы биолог Ричард Шайн (Richard Shine) из Университета Маккуори. Что приводило к случайному выбору пола и практически одинаковому количеству самок и самцов.

Возможно, что такая способность позволяет черепахам сохранять гендерный баланс. Более того, новая информация может помочь специалистам понять, как некоторые виды животных, чей пол зависит от температуры, выжили в периоды, когда средние температуры нашей планеты были выше нынешних.

Впрочем, замечает Шайн, такая особенность вряд ли сможет защитить черепах от грядущего изменения климата.

"Основная идея заключает в том, что эмбрион может двигаться только внутри яйца. Если температура станет слишком высокой, а это может произойти уже к концу века, то в яйце не будет достаточно холодных мест, чтобы отыскать ту самую зону Златовласки", – объясняет он.

Однако, добавляют учёные, такое открытие предполагает, что по крайней мере в некоторых случаях эволюция позаботилась о животных и наделила их способностью сохранять свой вид при изменениях климата.

Возможно, в будущем сами черепахи начнут откладывать яйца в более прохладных местах и адаптироваться таким образом к новым условиям.

Научная статья по итогам исследования опубликована в издании Current Biology.

Читайте также: