Зоологи обнаружили, что тасманийские сцинки Carinascincus ocellatus меняют пол в утробе матери в зависимости от температуры.
Эта реверсия идет только в одном направлении: особи с женским генотипом могут приобрести фенотип самцов, однако самцы в самок не превращаются. Чем холоднее, тем больше будет в помете самцов с генотипом самок. Как отмечается в статье для журнала Proceedings of the Royal Society B, способность к реверсии пола позволяет сцинкам производить больше дочерей в теплую погоду, когда они развиваются быстрее.
Определение пола у животных может быть генетическим или зависеть от факторов окружающей среды, в первую очередь, от температуры. Строгих границ между двумя этими вариантами нет. Среди рыб, амфибий и рептилий известны случаи, когда генетически особь принадлежит к одному полу, однако под воздействием определенных условий приобретает фенотип, характерный для другого пола. Такое происходит, например, если продукт гена, определяющего пол, чувствителен к высоким температурам.
Зоологи предполагают, что подобные реверсии представляют собой первый шаг в эволюционном переходе от генетического определения пола к температурному (который неоднократно происходил в разных группах рептилий). Эксперименты с австралийскими агамами Pogona vitticeps подтверждают эту идею. Инкубируя яйца агам при температуре выше 32 градусов Цельсия, ученые получили особей, которые генетически были самцами (то есть обладали двумя Z-хромосомами), но фенотипически — самками. Когда таких ZZ-самок скрестили с обычными самцами, у всего потомства были исключительно Z-хромосомы. Всего за одно поколение женская W-хромосома исчезла из лабораторной популяции, а пол детенышей стал определяться исключительно температурой. Похожим образом W-хромосома исчезла и в некоторых диких популяциях P. vitticeps.
Команда герпетологов под руководством Петы Хилл (Peta Hill) из Тасманийского университета решила больше узнать о том, как реверсия пола облегчает переход к температурному определению пола. В центре их внимания оказались сцинки Carinascincus ocellatus — мелкие живородящие ящерицы с острова Тасмания. Предыдущие исследования показали, что у сцинков из высокогорных популяций, приспособленных к прохладному климату, соотношение полов не зависит от сезона и температуры окружающей среды. Однако у их сородичей, обитающих в низинах, в теплое время года и при высоких температурах на свет появляется больше самок, а в холодное время года и при низких температурах соотношение смещается в сторону самцов. Дополнительные эксперименты показали, что самки из низин, которых на несколько часов подвергли воздействию низких температур, производят больше сыновей, а обработка высокими температурами заставляет их рожать больше дочерей. Когда аналогичным испытаниям подвергли высокогорных самок, они продолжали приносить равное количество сыновей и дочерей.
Судя по всему, сцинкам из низин выгодно смещать соотношение полов в зависимости от времени года. Дело в том, что самки, эмбриональное развитие которых проходило в теплую погоду, рождаются раньше, созревают быстрее и приносят больше потомства. Таким образом, в теплые месяцы сцинки выигрывают, вкладываясь в рождение дочерей. На репродуктивный успех самцов температура в период развития не влияет, так что их можно производить и в холодные месяцы. В горах же репродуктивный период слишком короткий, а перепады температур слишком велики. Раннее рождение в таких условиях не приносит пользу ни одному из полов, так что смещение соотношения полов в зависимости от температуры невыгодно для местных сцинков.
Механизмы, позволяющие сцинкам смещать соотношение полов в пользу дочерей или сыновей, до сих пор оставались неизвестными. Предполагается, что у особей из высокогорных популяций пол определяется исключительно генетически, за счет половых хромосом (самцы обладают набором XY, а самки — XX), а у их сородичей из низин под влиянием внешних факторов может происходить реверсия генетически определенного пола. Чтобы проверить эту гипотезу, Хилл и ее соавторы поймали 100 беременных самок сцинков из высокогорной и низинной популяций и разместили их в террариумах. Всех подопытных особей разделили на две группы. Представителям первой на четыре или десять часов в день был предоставлен доступ к лампе, около котором они могли погреться. Самок из второй группы держали в террариумах без нагревательных ламп при температуре 33 градуса по Цельсию, 29,5 градуса по Цельсию или 26 градусов по Цельсию. После рождения детенышей исследователи взвешивали их, определяли пол, а затем отпускали.
Самцы с генотипом самок (XX-самцы) родились во всех группах, причем как у низинных, так и у высокогорных матерей. Самок с самцовым генотипом (XY-самок) исследователям обнаружить не удалось. Зато они выявили случаи, когда в одном помете присутствовали как нормальные самцы и самки, так и XX-самцы. В пяти из двадцати девяти пометов с XX-самцами также присутствовали обычные самцы и самки. В обоих экспериментах число XX-самцов увеличивалось, если доступ самок к лампе ограничивали четырьмя часами вместо десяти или держали их при более низких температурах. Эта закономерность была отмечена не только для низинных, но и для горных самок.
Хилл и ее коллеги обнаружили, что ограниченный доступ к лампе и низкие температуры увеличивают сроки беременности у сцинков, а у самок из низин вынашивание детенышей в среднем продолжается дольше, чем у их высокогорных сородичей. При этом в обеих популяциях более долгая беременность, увеличивает долю XX-самцов в помете.
Соотношение полов среди потомства колебалось в разных группах от 0,35 до 0,73. У самок из обеих популяций рождалось больше сыновей, если их доступ к лампе был ограничен или если они содержались при более низких температурах. Это происходило за счет возросшей доли XX-самцов. При более длительном доступе к лампе и более высоких температурах доля XX-самцов сокращалась, а соотношение сдвигалось в сторону дочерей.
Исследователи впервые продемонстрировали, как фенотипический пол потомства меняется под воздействием температуры не только у яйцекладущих, но и у живородящих рептилий. Эта реверсия идет лишь в одну сторону: особи с женским генотипом приобретают мужской фенотип, но не наоборот. Вопреки предыдущим наблюдениям, доля самцов и самок меняется в зависимости от температуры не только в низинной, но и в высокогорной популяции. Почему способность регулировать соотношение полов у потомства сохранилась у горных сцинков, хотя в природе они ее, судя по всему, не используют, остается неясным. Хилл и ее коллеги признают, что реальный механизм, который позволяет сцинкам увеличивать или уменьшать долю сыновей в зависимости от температуры, скорее всего, сложнее простой реверсии пола.
Автор: Сергей Коленов