Морские лещи массово меняют пол — эволюция оставила в их жизни неожиданный поворот

Биологи проследили эволюцию смены пола у морских лещей Instituto de Ciencias del Mar

Некоторые морские лещи рождаются одним полом, а взрослеют уже другим. Этот переход — не редкость, а часть их нормального жизненного цикла. В новом исследовании, охватившем 68 видов морского леща, биологи впервые подробно проследили, как и почему эволюционировала способность менять пол. Об этом сообщает Instituto de Ciencias del Mar.

Почему рыбы меняют пол

Работу возглавила биолог Сюзанна Пла из Института морских наук (ICM-CSIC) в Барселоне. Её команда исследовала, как изменение пола, определение пола и окружающая среда взаимодействуют, формируя репродуктивные стратегии рыб — как в естественных условиях, так и в аквакультуре.

"Спариды — идеальная группа рыб для изучения эволюции половых систем", — отмечает Пла.

Многие морские лещи используют последовательный гермафродитизм - они начинают жизнь как один пол и, достигнув определённого возраста или размера, переходят в другой. Обычно это происходит только один раз и без возврата. Другие виды, напротив, сохраняют пол до конца жизни, следуя модели гонохоризма, где особи либо самцы, либо самки, но не оба.

Такое разнообразие в пределах одной семьи рыб делает морских лещей идеальной моделью для изучения того, как и зачем природа создаёт столь гибкие сексуальные системы.

Эволюция под водой: от самцов к самкам и обратно

Морские лещи (семейство Sparidae) насчитывают около 150 прибрежных видов, обитающих в тёплых и умеренных морях по всему миру. Они включают такие популярные виды, как дорадо, сарган и пандора.

Среди них встречаются две основные стратегии:

Протандрия - особь сначала самец, затем становится самкой.
Протогиния - рыба начинает жизнь как самка и позже превращается в самца.

Первая стратегия выгодна, когда крупные самки производят больше икры, а вторая — когда большие самцы доминируют в спаривании.

Используя генеалогическое древо, учёные выяснили, что виды с фиксированным полом могут в ходе эволюции переходить к любой из форм смены пола и обратно. При этом такие переходы происходили неоднократно, что делает гермафродитизм "эволюционно нестабильным состоянием".

"Последовательный гермафродитизм явно преобладал над другими типами, но часто уступал место фиксированному полу", — уточняют авторы исследования.

Сексуальные стратегии и "стоимость спермы"

Чтобы понять, насколько энергозатратны различные способы размножения, команда измерила гонадосоматический индекс - соотношение массы гонад (половых органов) к массе тела.

Оказалось, что у самцов с фиксированным полом этот индекс довольно высок, особенно в сезоны нереста. Это ожидаемо для видов, где спаривание происходит массово, и несколько самцов одновременно выделяют сперму для оплодотворения.

Неожиданным результатом стало то, что у самцов, которые перешли из женского пола, индекс оказался даже выше. Несмотря на то что такие виды часто образуют пары "один к одному", их самцы тратят больше энергии на выработку спермы.

Исследователи предполагают, что маленькие самцы вынуждены компенсировать размер партнёрш, производя больше спермы, чтобы успеть оплодотворить обильные кладки икры. Это своеобразная стратегия выживания в мире, где успех измеряется количеством потомства.

Как эволюция переписывает сценарий пола

Эволюционные модели показывают, что смена пола возникает, когда преимущества крупного размера отличаются для самцов и самок. Если крупная самка производит значительно больше икры, то выгодно сначала быть самцом, а потом самкой. Если же крупный самец выигрывает конкуренцию, направление меняется.

Так, в семейной истории спаридов видно, что изменение поведения и среды способствовало множественным переходам между системами размножения. Это демонстрирует, насколько динамично развиваются даже фундаментальные биологические признаки, такие как пол.

В похожем ключе учёные недавно наблюдали, как репродуктивные стратегии влияют на древние виды, например, в открытии нового вида мамэньсизавра, где также прослеживаются изменения в структуре размножения в эволюционной истории.

Пол и энергия: биологическая экономика

Интересно, что "стоимость" размножения у рыб отражается не только в размере тела, но и в количестве ресурсов, выделяемых на половые органы. Когда гонадосоматический индекс растёт, это говорит о высокой конкуренции среди самцов.

Виды, где самцы сохраняют пол, имеют стабильное распределение энергии, тогда как у гермафродитов наблюдается всплеск инвестиций в определённый момент жизни. Это похоже на стратегию "всё или ничего": рыба вкладывает максимум в короткий период активного размножения.

С биологической точки зрения это пример того, как эволюция распределяет ресурсы между ростом, выживанием и продолжением рода.

Уроки для рыбного хозяйства

Полученные результаты имеют практическое значение. Многие виды морского леща используются в промысловом рыболовстве и аквакультуре. Знание того, какой пол преобладает на разных стадиях жизни, помогает правильно регулировать вылов.

Если из популяции удалять крупных особей, то у видов, где крупные самки производят больше икры, численность потомства может резко сократиться. Напротив, в видах с доминирующими самцами исчезновение крупных особей нарушит систему иерархий.

"Когда рыбы, меняющие пол, имеют неравные инвестиции с каждым полом, рыболовство может непреднамеренно изменить их систему размножения", — подчёркивает Пла.

Это ещё раз показывает, как тесно переплетаются экология, эволюция и человеческое влияние. Аналогичные выводы делались в палеонтологических исследованиях, например, при анализе древних морских хищников в исследовании акулы мелового периода, где размеры тела и стратегии размножения также определяли успех вида.

Эволюция гибкости

Исследование Пла показывает, что даже такие фундаментальные признаки, как пол, не являются фиксированными. Эволюция морских лещей демонстрирует, что биологические системы способны адаптироваться, перестраивая половые роли в ответ на давление среды.

Это напоминание о том, что природа не знает догм: даже границы между "мужским" и "женским" могут быть подвижными, если того требует выживание вида.