Выяснилось, что стресс заставляет самок превращаться в самцов или в гермафродитов, что может сказаться на воспроизводстве популяций в условиях глобального потепления и антропогенной нагрузки. Результаты исследования, поддержанного Минобрнауки России, опубликованы в престижном научном журнале Regional Studiesin Marine Science.
Мы впервые получили прямые экспериментальные доказательства того, что температурный стресс может вызывать инверсию пола у мидий, причем чувствительность к этому фактору зависит от возраста. Это особенно хочется подчеркнуть в контексте резко выраженного положительного тренда температуры поверхности моря в районе исследования за последние годы. Но главный результат наших исследований заключается в том, что неблагоприятные факторы среды связаны не только со смертностью, но и с перестройкой репродуктивной системы: часть особей, изначально определенных как самки, после воздействия стресса формировали мужские половые клетки либо одновременно мужские и женские.
Ученые из Севастополя изучали средиземноморскую мидию — один из самых распространенных видов в Чёрном море, которым активно занимаются на фермах. Моллюсков отбирали на мидийно-устричной ферме в период весеннего нереста. В лаборатории их аккуратно подогревали, чтобы вызвать нерест, и под микроскопом определяли пол. Для эксперимента отобрали только самок двух размеров: молодых (около 35 мм) и крупных, товарных (около 60 мм), чтобы сравнить их репродуктивные возможности.
Затем в течение месяца ученые подвергали мидий воздействию трех стрессовых факторов: повышенной температуры (+25°C), добавления дизельного топлива и соединения меди. Эти факторы имитируют реальные угрозы для моря — перегрев воды летом, нефтяные разливы и попадание тяжелых металлов с судов и стоков. Далее моллюсков еще два месяца выдерживали в естественных условиях на морской ферме для созревания гонад. Одновременно проводили полевой эксперимент: садки с мидиями на три месяца разместили в двух местах — в открытом месте с хорошим течением и в полузакрытой бухте, где больше загрязнений и человеческого влияния.
Результаты показали тревожную картину. Наиболее выраженная инверсия пола наблюдалась при воздействии меди: мужские или одновременно мужские и женские половые клетки были обнаружены у 82–85% выживших самок. Дизельное топливо привело к смене пола у 73–77% особей. Повышенная температура оказала более мягкое стрессовое воздействие, но также эффективное: инверсию зафиксировали у 46–68% самок. При этом наиболее чувствительными ко всем стрессовым факторам оказались молодые половозрелые мидии: у них смена пола происходила чаще, чем у крупных взрослых особей. Это важное открытие! Получается, что младшее поколение, от которого зависит будущее популяции, сильнее всех страдает от стрессовых факторов.
Медь вызвала больше всего нарушений и привела к наибольшей гибели мидий — вероятно, из-за своей высокой токсичности и способности вызывать окислительный стресс в клетках.
Важно понимать: смена пола — процесс небыстрый. За один час превращения не произойдет. Это глубокая перестройка ткани половой железы, которая занимает месяцы. Мы брали мидий в период нереста, а смена происходит в период посленерестовой перестройки гонад. Почему возникает такая перестройка, пока окончательно не установлено. Одна из гипотез состоит в том, что образование яйцеклеток требует больше энергии, чем образование сперматозоидов. В условиях стресса часть энергоресурсов может перераспределяться на поддержание жизнедеятельности и обезвреживание токсичных веществ.
Хотя одно исследование не говорит о катастрофе для всех мидий Черного моря, сигнал тревоги есть: потепление и загрязнение могут одновременно повышать смертность и уменьшать число самок. Особенно уязвимы полузакрытые городские бухты, где условия для размножения мидий хуже всего.
Эти данные полезны на практике — их можно использовать для оценки экологического состояния побережья и выбора мест под новые мидийные фермы.
Исследование — часть долгой работы ученых из отдела аквакультуры и морской фармакологии ФИЦ ИнБЮМ, которая уже более 10 лет изучает, как на мидий влияют тяжелые металлы, температура, топливо, моющие средства, нехватка кислорода, голод и гормоны. Следующий шаг — понять, как на генетическом и молекулярном уровне происходит смена пола у мидий.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что ученые оценили влияние разливов мазута на медуз и мидий в Черном море.