Как стресс от изменения климата меняет гормоны рыб — с серьёзными последствиями для размножения
В 1981 году учёные обнаружили, что самки рыб, подвергнутые воздействию высоких температур, развивали семенники вместо яичников. С тех пор более 1100 исследований на разных видах животных, включая 400 на пресноводных рыбах, показали аналогичные результаты.
Почему это происходит?
Ключевым фактором, объясняющим это явление, является избыточная выработка гормонов стресса в результате повышения температуры.
Репродуктивные органы рыб высоко адаптивны к изменениям окружающей среды. Даже незначительные изменения условий воды могут напрямую влиять на их метаболизм и физиологию. Однако внезапные изменения, вызванные изменением климата, оказывают на популяции рыб резкое воздействие.
Температура может превратить самку рыбы в самца
Когда рыбы подвергаются воздействию температур за пределами их нормального диапазона, они испытывают стресс и высокий уровень гормона стресса кортизола. Это показано для таких видов, как аргентинская серебрянка, медака и данио-рерио.
Интересно, что тот же фермент, который вырабатывает кортизол, отвечает и за производство самого мощного мужского гормона у рыб — 11-кетотестостерона. Его роль — запускать развитие мужских половых признаков.
Если рыбы испытывают стресс от высоких температур (рост кортизола), это может нарушить гормональный баланс у личинок и привести к развитию семенников. Избыточная выработка андрогенов приводит к тому, что при высоких температурах развивается больше самцов, чем самок.
Не только стресс
В 2019 году наша исследовательская группа показала, что блокирование рецепторов стресса с помощью инструментов редактирования генов полностью подавляет маскулинизацию рыб, вызванную высокими температурами. Эти результаты впервые показали, что мозг выступает драйвером маскулинизации, вызванной тепловым стрессом.
В нашем новом исследовании 2023 года, опубликованном в Cellular and Molecular Life Sciences, мы также продемонстрировали, что в маскулинизации рыб участвуют не только гормоны стресса, но и гормоны щитовидной железы. Снова с помощью редактирования генов мы заблокировали рецепторы стресса и показали, что при стрессе у рыб затрагивается путь гормонов щитовидной железы.
Было отмечено, что при подавлении выработки кортизола и гормонов щитовидной железы с помощью комбинации химических препаратов маскулинизации самок не происходило.
Роль загрязнения
Известно, что некоторые загрязнители окружающей среды, такие как пестициды и пластификаторы, нарушают гормональный баланс у животных. Эти загрязнители — известные как эндокринные разрушители — могут приводить к аномальному развитию половых органов у рыб.
С изменением климата экологические факторы, влияющие на половое развитие, стали серьёзной проблемой. Температуры стали резко колебаться, выходя за допустимый диапазон для большинства видов рыб. Такие изменения вызывают экстремально высокие температуры, закисление и гипоксию, которые могут исказить соотношение полов у рыб в сторону самцов, вплоть до появления полностью мужских популяций.
В реках и озёрах межгодовые события Эль-Ниньо или Ла-Нинья также могут изменяться из-за климата, вызывая сильные периоды наводнений или засух. Это может усугубить стресс для рыб, а слишком малое количество самок в популяции может привести к её коллапсу, что будет иметь серьёзные последствия для биоразнообразия.