Биологи разгадали механизм драматичного самоуничтожения самок осьминогов

У самок осьминогов есть одна поведенческая особенность, которая не давала покоя учёным. Дело в том, что они могут воспроизводить потомство лишь один раз за всю жизнь. Когда самка откладывает яйца, она проводит всё время в "гнезде" в норе или пещере, ухаживая за потомством. Но при этом она постепенно перестаёт питаться, а к моменту появления детёнышей умирает.

Отложив яйца, самки осьминогов начинают морить себя голодом и погибают, дождавшись появления детёнышей.
Фото Global Look Press.

По словам морских биологов, наблюдения за такими самками не для слабонервных. На последних этапах жизни матери буквально морят себя голодом и как будто ускоряют приближение смерти, отщипывая кусочки собственного тела или поедая кончики щупалец.

Чем обусловлен такой жестокий механизм самоуничтожения и зачем он нужен? На эти вопросы помогла ответить новая работа исследователей из Чикагского университета.

Они поясняют: первая подсказка появилась в 1977 году, когда биологи провели ряд экспериментов с осьминогами вида Octopus hummelincki. У животных удалили оптическую железу – отдел мозга, расположенный между глаз и по функционированию схожий с гипофизом позвоночных.

Когда самкам осьминогов удалили эту железу, произошло нечто странное: у них исчезли материнские инстинкты. Подопытные бросили недавно появившееся потомство, к ним вернулся аппетит, а некоторые даже начали повторно спариваться.

Специалисты заключили: вероятно, оптическая железа самок, опираясь на сигналы репродуктивной системы, выделяет некий "гормон самоуничтожения". Последний каким-то образом влияет на пищевое поведение, возможно, дезактивируя пищеварительные и слюнные железы. Но подробнее изучить этот феномен учёным не удалось.

В 2015 году команда из Университета Чикаго расшифровала геном калифорнийского двупятнистого осьминога (Octopus bimaculoides). Это, к слову, был первый головоногий моллюск, геном которого был полностью секвенирован.

И теперь эти данные исследователи решили использовать для изучения молекулярных сигналов, которые отдаёт оптическая железа самок осьминогов. Кроме того, команда описала четыре фазы материнского поведения, связанные с этими сигналами.

"Эти [фазы] поведения настолько чёткие и стереотипные, если действительно наблюдать за ними. Это на самом деле интересно, потому что мы впервые можем определить молекулярный механизм для такого драматического поведения", — рассказывает один из ведущих авторов работы нейробиолог Янь Ван (Yan Wang).

Её команда наблюдала за поведением тех же калифорнийских двупятнистых осьминогов. Как отмечают биологи, обычно самки этого вида являются активными хищниками, которые проводят много времени на охоте за пределами своего логова.

Однако на первом этапе подопытные уделяли всё своё время отложенным яйцам, постоянно вентилируя и промывая их. В течение трёх-четырёх дней самки продолжали питаться, но оставляли потомство ненадолго и охотились неподалёку от "гнезда".

Затем наступила вторая фаза: самки полностью прекратили есть, но по-прежнему продолжали тщательно оберегать яйца. Этот этап продлился восемь-десять дней.

Самка калифорнийского двупятнистого осьминога в лаборатории учёных.
Фото Yan Wang, UChicago.

Третья и четвёртая фазы были по-настоящему драматичными. Осьминоги стали вялыми, побледнели и утратили мышечный тонус. При этом у них наступали моменты внезапного возбуждения: самки приступали к беспорядочному грумингу, активно двигая щупальцами и обнимая себя мантиями, пока не запутывались в них окончательно. Некоторые начинали метаться и бились о стенки лабораторных резервуаров.

Дождавшись появления детёнышей, самки погибали.

"Это беспокоило даже свидетелей в лаборатории, потому что с человеческой точки зрения они выглядели так, будто они самоуничижались. Это очень, очень странное поведение", — признаётся Ван.

На каждой стадии она вместе с коллегами секвенировала транскриптомы РНК из оптических желез осьминогов. РНК несёт инструкции от ДНК о производстве белков, поэтому секвенирование – лучший способ изучить активность генов и увидеть, что происходит в клетках в конкретный момент времени, поясняют авторы работы.

Оказалось, что до спаривания самки производили высокие уровни нейропептидов (небольших белковых молекул), которые обеспечивают общение нейронов, отвечающих за пищевое поведение. Однако после спаривания производство этих нейропептидов резко сокращалось.

Затем исследователи заметили, что у подопытных повысилась активность генов, которые отвечают за производство нейротрансмиттеров под названием катехоламины. Это стероиды, которые метаболизируют холестерин и инсулиноподобные факторы роста.

По словам Ван, это было полной неожиданностью, поскольку ранее никто не предполагал, что оптическая железа может контролировать процессы, не связанные с размножением.

Впрочем, пока остаётся не до конца понятным, как эти молекулярные и сигнальные изменения связаны с изменениями поведенческими. Самки на ранних стадиях продолжали питаться, хотя и охотились менее активно. Это может означать, что нейропептиды влияют на количество энергии, затрачиваемой на охоту. Кроме того, самки теряли мышечный тонус и, вероятно, способность переваривать пищу.

Специалисты полагают, что увеличение уровня стероидов и инсулина также может влиять на репродуктивную систему, из-за чего у животных начинают преобладать материнские инстинкты и они перераспределяют энергию, отдавая предпочтение не собственному кормлению и перевариванию еды, а уходу за потомством.

"Раньше, когда мы только узнали об оптической железе, это было словно посмотреть трейлер к фильму. Вы понимаете суть происходящего, но теперь мы начинаем узнавать о главных героях, о том, каковы их роли и немного больше о предыстории", — делится впечатлениями от работы Янь Ван.

Она считает, что пока ещё довольно сложно объяснить, почему столь умные существа как осьминоги заканчивают жизнь такой "унизительной" смертью. Есть несколько предположений, почему они в ходе эволюционного развития смирились с таким концом.

Во-первых, осьминоги являются каннибалами, поэтому "биологически запрограммированная" смерть самок может быть способом уберечь детёнышей от участи быть съеденными собственными матерями.

Во-вторых, сроки роста осьминогов практически не ограничены, и задуманное природой устранение взрослых особей не позволяет популяциям этих моллюсков стать доминирующими и тем самым пошатнуть устоявшиеся экосистемы.

Любопытно, что и многие самцы осьминогов также погибают вскоре после спаривания, хотя не имеют "родительских обязательств" по уходу за потомством.

Исследователи уверены, что будущие работы помогут им объяснить странные механизмы и узнать больше об этих необычных морских жителях.

Научная статья по итогам драматичного исследования опубликована в издании Journal of Experimental Biology.