Пенис жука: всё зависит от жёсткости
Пенис жука-листоеда Cassida rubiginosa по длине сравним с самим насекомым. Это осложняет спаривание, поскольку у самок также есть гиперудлинённый половой орган, дополнительно закрученный в спираль. Как размножение жуков всё же может быть успешным, исследовали доктор Йоко Мацумура, доктор Александр Ковалёв и профессор Станислав Горб из Зоологического института Кильского университета. В журнале Scientific Reports учёные сообщают о специфических механических свойствах пениса, наиболее подходящих для проникновения в самку, и приходят к новым выводам о половом отборе.
Сложная структура самки
Исследователи изучили гениталии самок с помощью лазерного сканирующего микроскопа. Как и у большинства насекомых, у самок жуков есть сперматека для хранения спермы. Вход в неё очень длинный и закручен в спираль. Эта структура неоднородна: подобно телефонному кабелю, проток сперматеки имеет многочисленные витки, иногда направленные в противоположные стороны.
Математическое моделирование вместо прямых измерений
Провести прямые механические измерения в интимной области было невозможно из-за миниатюрных размеров: длина пениса около 10 мм, диаметр — 10 мкм (в 10 раз тоньше человеческого волоса), внутренний просвет — всего несколько микрометров. Учёные использовали численное моделирование.
Первый этап: анализ влияния формы протока сперматеки. Чем больше было витков в противоположном направлении, тем больше энергии требовалось пенису для проникновения. Структура самки создаёт для самца серьёзное испытание.
Второй этап: детальное изучение пениса. Микроскопия показала, что жёсткость пениса неоднородна: его кончик, вероятно, мягче основания. Было создано четыре математические модели:
- Полностью жёсткий пенис.
- Полностью мягкий пенис.
- Модель с жёстким кончиком и мягким основанием.
- Модель с мягким кончиком и жёстким основанием.
Численное моделирование показало, что быстрее всего в виртуальный проток проникала модель №4 (мягкий кончик, жёсткое основание). Она достаточно гибка, чтобы адаптироваться к узким виткам.
Выводы и вопросы
Исследование подтвердило гипотезу о половом конфликте: структуры самки затрудняют проникновение для самцов, а мягкий кончик пениса — это мужская стратегия преодоления этой "оборонительной системы".
Остаётся открытым вопрос: зачем самкам такие сложные органы, затрудняющие оплодотворение? Одна из теорий предполагает, что при половом отборе самки предпочитают самцов, способных быстро ввести пенис. В среднем спаривание длится 40 минут, а некоторые пары — несколько часов, что повышает риск быть съеденными хищником.
Дальнейшие исследования помогут прояснить эволюционный фон. Эти работы также ценны для биомиметики: строение и механика таких миниатюрных структур могут дать новые идеи для создания медицинских микроинъекционных игл.