Странный и удивительный мир разведения морских звёзд
Чтобы заставить офиур (змеехвосток) размножаться в неволе, требуется особая подготовка. Их нужно хорошо кормить, поместить в полную темноту и убедить, что мир подходит к концу.
«Это как война на истощение», — говорит Оги Дэвис, студент старшего курса Колледжа Уильяма и Мэри. Каждый год около Дня святого Валентина лаборатория биолога Джона Аллена имитирует природные условия, чтобы изучить невероятный жизненный цикл этих животных.
Исследования в лаборатории Аллена сосредоточены на жизненных циклах морских беспозвоночных. Студенты изучают экологию и эволюцию личиночных стадий различных организмов, включая морских ежей, улиток, плоских червей, морских звёзд и, в редких случаях, офиур.
Аллен объяснил, что офиур сложно достать для исследований. Животные чрезвычайно многочисленны в глубоководье, но редки и скрытны у побережий, избегают света и живут под камнями. Усилия Дэвиса по созданию «настроения» должны были привести к появлению личинок офиур для изучения.
«В природе морские звёзды и офиуры просто выпускают яйцеклетки и сперматозоиды в воду, так что мама и папа даже не видят друг друга», — сказал Аллен. «Всё самое интересное происходит между их гаметами — сперматозоидами и яйцеклетками».
Аллен объяснил, что существует сложная система коммуникации между яйцеклетками и сперматозоидами морских звёзд. Яйцеклетки высокочувствительны к определённым качествам сперматозоидов, особенно к специфичному для вида белку биндину, и избирательно решают, какому сперматозоиду разрешить проникнуть в свою цитоплазму. Сперматозоиды также избирательны и активно плывут только при наличии «правильной» яйцеклетки, следуя по химическому следу, оставленному зрелыми яйцеклетками.
«Вот что меня так fascинирует в этих животных, — сказал Аллен. — Существует целая химическая экология, целый мир оплодотворения и отбора, и родители даже не участвуют в этом».
Он добавил, что изменения температуры воды и течений, вызванные изменением климата, потенциально могут повлиять на популяционные исходы для вида, чьё выживание буквально зависит от течения.
Например, офиуры — арктический вид, и они приходят в состояние нереста, когда вода для них относительно тёплая, примерно в середине февраля. Самка офиуры получает сигналы от изменений в окружающей среде, таких как температура воды, которые дают ей знать, что пора выпускать яйцеклетки. И хотя самец и самка никогда не встречаются, у офиур всё равно есть своеобразный брачный танец.
«Когда они делают своё дело, они встают на все пять "рук" и извивают середину тела взад-вперёд», — описал Аллен движение, которое совершают офиуры при выпуске гамет. «Они поднимаются на "ногах", чтобы оказаться выше так называемого пограничного слоя, где вода неподвижна, туда, где вода движется. Затем они извиваются и выпускают яйцеклетки и сперматозоиды из-под "подмышек"».
Аллен объяснил, что у офиур и морских звёзд математика работает против выживания почти всех особей, произведённых во время нереста. Представьте стабильную популяцию морских звёзд, где мама и папа производят ровно столько потомства, чтобы заменить себя за всю жизнь. У крупных видов, с которыми работает Аллен, одна репродуктивная самка может производить 50 миллионов яиц в год. Такая самка может жить десятилетиями, и если она будет размножаться на таком уровне в течение 20 лет, она произведёт за жизнь миллиард яиц — в среднем выживут только два из них.
«Это означает, что каждая взрослая морская звезда, которую мы находим, — это почти буквально событие с вероятностью один на миллиард», — сказал Аллен.
Хотя давление для успешного нерестового сезона велико, Аллен спешит добавить оговорки к любой аналогии с романтикой в типе Иглокожих (офиуры, морские звёзды, морские ежи и т.д.). У этих существ нет мозга или центральной нервной системы. У них есть тысячи глаз, чувствительных к свету, но у офиур нет сложной системы для обработки визуальных стимулов.
«Ну, любовь с первого взгляда мы, вероятно, можем исключить, — пошутил Аллен. — Потому что вопрос о том, могут ли эти животные вообще видеть, всё ещё остаётся открытым».
В конце концов, «романтика» офиур в лаборатории Аллена увенчалась успехом: несколько особей нерестились в течение двух дней и ночей. Каждая репродуктивная самка произвела десятки тысяч яиц, так что у Аллена и его студентов будет более чем достаточно личинок для исследований. Они будут использовать новых животных, чтобы изучить, как экологические сигналы, такие как изменения температуры и солёности, влияют на клонирование на личиночной стадии. Каждая личинка офиуры способна бесполым путём производить генетически идентичные клоны самой себя. Понимание этого процесса — цель последней работы лаборатории.
В то время как появление личинок офиур ознаменовало успешный нерестовый сезон для одного вида, другая попытка лаборатории вызвать нерест была менее триумфальной. Пока Дэвис возился с офиурами, команда студентов использовала более научный, химический метод индукции для нереста Asterias forbesi — вида морских звёзд, обитающего на восточном побережье США, в том числе на пляжах Вирджинии. Студенты ввели шести самцам и шести самкам гормон, стимулирующий нерест.
Целью было смешать гаметы и изучить получившихся личинок морских звёзд, которые, как случайно обнаружил предыдущий студент лаборатории, поедают друг друга в сложном микроскопическом дарвиновском представлении. К сожалению для нынешних исследователей, самки морских звёзд не отреагировали на гормон и удержали свои яйцеклетки.
«Это были "звёздные" влюблённые, — рассмеялся Аллен. — Мы прошли через все правильные этапы романтики, если можно так назвать, но судьба вмешалась. Конечно, в конечном счёте нашей целью было выяснить, почему они едят друг друга, так что давайте будем честны в науке. Иногда в природе всё становится немного безумным».