Сексуальная жизнь божьей коровки

СЕКСУАЛЬНАЯ ЖИЗНЬ БОЖЬЕЙ КОРОВКИ Предмет этих заметок может показаться занятным неспециалисту . Для биолога же проблема полового размножения в тех конкретны х формах , в которых оно осуществляется у разных организмов , не просто любопытна , а представляет огромный интерес с позиций эволюционной теории . Действительно , каждый отдельный организм смертен , а их совокупность , т.е . биологический вид , - потенциально бес с мертна . Смысл существования организма (не будем здесь рассуждать о смысле жизни человека ) - сохранение своих генов в потомстве . Для успешного решения этой задачи нужно произвести как можно больше потомков , в той или иной степени обеспечить их ресурсами и, наконец , соединить свои гены с генами наиболее подходящего партнера (поскольку большинство высших организмов размножается половым путем ). Каждый вид по-своему решает эти общие задачи . Неудачные способы отбрасываются в ходе эволюции , а то огромное разнообр а зие форм взаимодействия мужских и женских особей разных видов , наблюдаемое биологами , хотя , без сомнения , и обеспечивает сохранение генов в потомстве , но далеко не всегда нам понятно . Речь пойдет о насекомых , а именно о тех ярко окрашенных и симпатичных ж уках , которых называют божьими коровками *. Это народное название очень старое , повторяющееся в разных вариантах на нескольких европейских языках и санскрите и отражающее какие-то древние верования . В них улетающее в небо красное насекомое воспринималось к ак животное , принадлежащее Богу и возвращающееся к нему . Поведение божьих коровок при размножении хорошо изучено ; порой оно сходно с поведением других насекомых , отдельные же из описываемых ниже явлений совершенно своеобразны . * Подробнее см .: Захаров И.А. Красное и черное // Природа . 1992. № 5. С .46-51. Встреча полов , ухаживание и спаривание У некоторых видов божьих коровок , например у сибирской хармонии , самцы и самки легко различимы : голова самца белая , самки - черная с белым пятнышком . Самцов и самок европейских видов внешне отличить трудно или даже невозможно . Для этого их приходится умерщвлять и вскрывать , а то и дожидаться момента спаривания , когда самец занимает определенную позицию - сверху , на спинке самки . Если самцов и самок на несколько дней изолировать , а потом соединить , поместив в прозрачную чашку Петри , спаривание может произойти в течение нескольких секунд . Распознавание партнера происходит почти мгновенно , и если самка зрелая , уже имевшая сексуальный опыт , то сколько-нибудь продолжитель н ого “ухаживания” не требуется . Напротив , при встрече готового к спариванию самца и молодой , еще девственной самки разыгрываются душещипательные сцены обольщения , преследования , борьбы и , наконец , лишения невинности . Опишем , как это происходит у наиболее ч асто встречающейся в Европе и особенно хорошо изученной двуточечной божьей коровки ( Adalia bipunktata ). При встрече с другим жуком самец адалии старается забраться на спину . Если под ним оказался жук иного вида или не женского пола , самец немедленно слеза ет . Если же это самка , он делает попытку спариться с ней . Во время спаривания самка не занимается активными поисками пищи , хотя и не отказывается от нее . Самец адалии во время спаривания обычно не двигается , а если он относится к более крупным видам (напр имер , семиточечным коровкам ), ведет себя темпераментно , “страстно” , периодически резко раскачиваясь слева направо , так что наблюдать за этими парами малолетним детям не рекомендуется . Спаривание жуков адалия : самка приподнимает брюшко , препятствуя самцу осуществить эффективное спаривание ( вверху ); самка пытается сбросить самца ( внизу ). Адали и - чуть ли не единственный вид животных , самцы которого способны во время одного спаривания эякулировать два-три раза . Спаривание у них , как и у других божьих коровок , продолжается исключительно долго - от одного до нескольких (чуть ли не до восьми-девят и ) часов . Адалии в благоприятных условиях способны спариваться ежедневно и , вероятно , даже по нескольку раз в день . Каков биологический смысл такой длительной , многочасовой копуляции ? Казалось бы , она вредна : жуки , во всяком случае самцы , при этом не питаю тся , пары малоподвижны и на них могут напасть хищники . Почему же эволюция растянула процесс спаривания на столь длительное время ? На этот вопрос сейчас можно дать только один ответ : это выгодно самцу ; он препятствует спариванию самки с другими жуками и те м самым увеличивает шансы на передачу своих генов потомству . Если самцы млекопитающих обычно придерживаются активной тактики , отгоняя конкурентов от своей избранницы или своего гарема , то тактика самцов божьих коровок пассивная - просто долго сидеть на сам к е , не прерывая с ней контакта и тем самым лишая конкурентов возможности спаривания . Запаса спермы , который получает самка адалии , хватает для откладки около 550 оплодотворенных яиц . При обычном размере кладки в 15-20 штук (максимально - до 40) однократно оплодотворенная самка оставляет способные к развитию яйца в течение примерно месяца . При повторных спариваниях за сезон она может отложить более 1000 штук . Если спермы , полученной от одного самца , хватает на оплодотворение большого числа яиц в течение дли тельного времени , то каков биологический смысл повторных и многократных спариваний божьих коровок ? Выгода для самца очевидна - он реализует свое стремление передать гены как можно большему числу потомков . Для самки ответ не столь ясен ; вероятно , оставляя о т каждого самца потомство , она разнообразит ту “генетическую среду” , в которую будут включены ее гены . Один из многих партнеров может оказаться особенно хорошим производителем , и именно от него появится наиболее удачное потомство , которое в свою очередь с о хранит и воспроизведет ее гены . Выбор партнера Для биолога вид Adalia интересен тем , что он - полиморфный : в одной и той же местности обитают жуки совершенно разной окраски , образующие единое сообщество *. В европейских популяциях встречаются два типа ок раски надкрыльев - красный с двумя черными точками и черный с четырьмя или шестью красными пятнами . В разных местах численно преобладают либо красные (например , в Москве более 90%), либо черные (в Петербурге 80%). Если в Ялте , например , черных в популяции 60% и жуки спариваются случайно , не обращая внимания на окраску партнера , то следует ожидать образование пар : красная самка и красный самец в 16% случаев , черная самка и черный самец в 36% случаев и с разной окраской партнеров в 48% случаев . * Подробнее с м .: Захаров И.А . // Генетика . 1995. Т .31. № 2. С .149-161. Как происходят спаривания адалий в природе , впервые изучили еще в начале прошлого века в Германии , а в 1961 г . советский зоолог и генетик Янис Янович Лусис опубликовал результаты обширных наблюдений , полученные им в Москве и в Риге . Его данные свидетельствовали о неслучайном образовании пар . Наилучшее место для проведения таких исследований - морская набережная Ялты . На несколько сотен метров вдоль берега моря тянется полоса кустарника тамариска , на котором в июне в солнечные дни образуется великое множество пар . Согласно нашему учету , смешанные пары с участием красных и черных жуков здесь возникают значительно чаще , чем ожидается , - не в 48% случаев , а в 62%. Спаривание красных адалий с различным рисунком на надкрыльях. Помимо этого был получен еще один интересный результат . Мы изучили обр азование пар не только в Ялте , но и в Севастополе , где черных жуков в популяции значительно меньше - 25%. Оказалось , что в обоих городах наиболее часто спариваются жуки более редкой окраски : в Ялте - красные , в Севастополе - черные . Иными словами , более р е дкая для данного сообщества внешность пользуется большим успехом . Английские исследователи в серии работ тщательно изучили формирование пар как в природе , так и в лаборатории . Они выявили , что , независимо от собственной окраски , самки адалии предпочитают спариваться с черными , а не красными самцами . Степень такого предпочтения удалось измерить и выразить количественно . Для самок , собранных в природе , она оказалась равной примерно 20%. Далее проводился отбор на большую склонность спариваться именно с черны м и самцами . К десятому поколению предпочтение возросло до 60%. Успех искусственного отбора по такому сложному поведенческому признаку показал , что влечение самок к черным самцам определяется их генами . Из этих опытов также следует , что коровки различают цв е та партнеров . Удалось экспериментально смоделировать ситуацию полового отбора - важного , открытого Ч.Дарвином механизма эволюции , который действует в разных группах организмов , создавая такие украшения особей , как пышные хвосты или яркую окраску самцов у п тиц , рога у оленей , бороды у мужчин и пр . Сколько же нужно самцов Если один самец может оплодотворить несколько десятков самок , то сколько же нужно самцов в популяции ? При рождении их обычно появляется 50%, так как у жуков , как и у человека , пол определя ется половыми хромосомами , X и Y, и такой хромосомный механизм обеспечивает соотношение полов 1:1, т.е . равную долю самцов и самок . При избытке ресурсов самцы не конкурируют за пищу с самками и их присутствие в значительном числе для сообщества не вредно. Однако при ограниченности ресурсов самцы на всех стадиях жизни конкурируют с самками , от количества и плодовитости которых зависит появление в достаточном числе особей следующего поколения . Учитывая высокую сексуальную активность самцов , можно предположит ь , что в неблагоприятных условиях их доля могла бы быть значительно меньше 50%, например 10%. В действительности надо учитывать еще один фактор : при малом числе самцов резко увеличивается вероятность их спаривания с сестрами и дочерьми , а в таких кровосмес и тельных браках потомство оказывается нежизнеспособным , что и было показано для двуточечной божьей коровки в многочисленных экспериментах . Таким образом , оптимальная доля самцов в сообществе определяется наличием ресурсов , их половой активностью и вредными последствиями близкородственных скрещиваний . От экологических условий явно должен зависеть первый фактор . И действительно , изучение полового состава популяций адалии в различных точках Европы показало , что и в Западной и в Восточной Европе доля самцов ум е ньшается с юга , более богатого ресурсами , к северу . Если на юге Франции и в Крыму соотношение самцов и самок 50:50, то в Петербурге самцов 30%, а в Стокгольме их всего 18%! Еще одно спаривание красных адалий с различным рисунком на надкрыльях. Каким образом регулируется соотношение полов ? Большая часть самок оставляет в потомстве равное число самц ов и самок в соответствии с хромосомным механизмом определения пола . Однако , как писал еще в 1947 г . Лусис , часть самок производит чисто женское потомство . Эта особенность оказалась наследственной , дочери и внучки исключительных самок также дают однополое потомство , спариваясь с самцами из нормальных семей . Открытие Лусиса не привлекало особого внимания до начала 90-х годов , когда работающая в Кембридже группа английских исследователей не только воспроизвела его наблюдения , но и определила действующий факт ор , вызывающий появление чисто женского потомства . Оказалось , что в цитоплазме клеток адалии обитают бактерии , для самок - безвредные симбионты , а для самцов - убийственный патоген . Как бактерии узнают пол зародышей , в клетки которого они попадают , до сих пор не известно , как не ясен и механизм , посредством которого они умерщвляют самцов . Обнаруженные в Англии бактерии относятся к риккетсиям , которые широко известны (к риккетсиям принадлежит и возбудитель такой страшной болезни человека , как сыпной тиф ). Р иккетсии божьих коровок , однако , никакой опасности для теплокровных , в том числе и для мужчин , не представляют . Проводившиеся нами начиная с 1994 г . исследования соотношения полов у адалий России дали совершенно неожиданный результат - тот же самый эффект , т.е . передающаяся в поколениях способность производить чисто женское потомство вызывается совершенно другими , чем в Англии , бактериями *. Риккетсия , правда , тоже была найдена , но встречается она очень редко , а преобладают две другие бактерии - спироплаз м а и вольбахия . В Москве одной из этих бактерий заражена каждая десятая самка адалии ; в Санкт-Петербурге примерно 40% самок заражены спироплазмой , а в Стокгольме спироплазма обнаружена не менее чем у половины самок . Понятно , что если половина всех самок пр о изводит только дочерей , а другая половина - и дочерей , и сыновей , то соотношение полов в популяции окажется сдвинуто : действительно , как уже говорилось , в Стокгольме нашли только 18% самцов . * Подробнее см .: Захаров И.А. Бактерии управляют половым размножением насекомых // Природа . 1999. № 5. С .28-34. Инфицированность андроцидными (уби вающими мужской пол ) бактериями и есть тот способ , которым регулируется в оптимальном направлении соотношение полов . На севере , где условия существования адалии хуже , зараженность встречается чаще и соотношение полов в пользу самок сдвигается сильнее , чем в средней полосе или на юге . Заметим , что андроцидные бактерии известны и у ряда других насекомых . Однако их нет у позвоночных : все болезнетворные бактерии , например у человека , одинаково действуют и на мужской , и на женский пол . Извращения Без них не об ходятся и божьи коровки . В лабораторных условиях нередко можно наблюдать некрофилию : самцы спариваются с умершими самками (а иногда и с мертвыми самцами ). Спаривание в этом случае может продолжаться долго , столь же долго , как и с живым партнером . Содомию (скотоложество ) изредко можно заметить у божьих коровок в природе . Самцы одного вида могут спариваться с самками другого . В некоторых случаях результат такого извращения бывает трагическим - из-за несоответствия формы половых органов партнеры пытаются , но не могут разойтись , травмируя друг друга . Межвидовые скрещивания не дают потомство , и спаривание самца с самкой другого вида может считаться биологически бессмысленным и даже вредным . Божьим коровкам , несмотря на их название и их симпатичную внешность , св ойственна склонность к каннибализму . Особенно она проявляется у личинок . Но и взрослые особи не брезгуют себе подобными , нередко поедая яйца своего вида . Яйца съедаются даже отложившей их самкой , если она не находит другой пищи . Как следует трактовать так о е поведение ? Нехватка пищи свидетельствует о том , что ее может не найтись и для личинок , которые вылупятся из яиц и без корма скоро погибнут . Съедая яйца , самка пополняет свои ресурсы , необходимые для откладки последующих порций яиц , в более удобном месте или в более подходящее время . У голодающей самки возможна задержка яйцекладки , и она не сможет воспользоваться более благоприятной для ее потенциального потомства ситуацией . Таким образом , материнский каннибализм имеет больше биологического смысла , чем ск л онность самцов к содомии или некрофилии . Венерическая болезнь Половая распущенность , как оказалось , наказуема не только у людей , но и у божьих коровок : у адалии обнаружена чрезвычайно редкая в мире беспозвоночных венерическая болезнь . При изучении адали й , собранных на стенах Института общей генетики в Москве во время их осеннего лета на зимовку , выяснилось , что почти половина жуков заражена клещами . Клещи находятся на внутренней поверхности надкрылий . Они желто-оранжевого цвета , имеют крестообразную фор м у и неподвижны . К активному передвижению способны только личинки . Сидящие под надкрылиями самки клещей обычно окружены скоплением беловатых яиц . На одном жуке можно насчитать до 20 взрослых клещей . Ранее подобные паразиты были найдены на тропических божьи х коровках и получили название “кокциполипус” . При изучении московских клещей в Кембридже (в Англии их почему-то нет ) выявилось два важных факта . Во-первых , среди коровок клещи распространяются в основном половым путем , чему чрезвычайно благоприятствует дл ительная копуляция : подвижные личинки клещей переползают с самца на самку или с самки на самца во время спаривания . Во-вторых , хотя клещи заметно не влияют на поведение жуков и продолжительность их жизни , они радикально изменяют физиологию самок : оплодотв о ренная и ранее плодовитая самка начинает откладывать неспособные к развитию яйца . Передача клещей при спаривании и патологические изменения у зараженных самок позволяют рассматривать отношения паразита (кокциполипуса ) и хозяина (адалии ) как случай передаю щ ейся половым путем (венерической ) болезни . Такие хорошо известные у человека болезни почти совсем не встречаются у низших организмов . Свойственные адалиям массовые и беспорядочные спаривания , несомненно , способствуют распространению клещей . В отдельные се з оны почти 100% адалий может быть заражено клещами . * * * Возможно , что-то из рассказанного о личной жизни божьих коровок напомнит читателю некоторые проявления сексуальной жизни людей . Такому сходству можно дать два объяснения . Половое размножение у всех животных преследует одни и те же цели и осуществляется в форме взаимодействия двух функционально различных партнеров . Вероятно , те или иные черты сходства полового процесса у совершенно разных организмов возникали в эволюции независимо и повторно , посколь к у Природа с ограниченным набором средств решала одни и те же задачи . Однако возможно и другое объяснение . При прочтении генома человека оказалось , что значительная часть его генов имеется и в уже расшифрованных геномах беспозвоночных - мухи-дрозофилы и че р вя-нематоды . Не общие ли гены программируют сходное поведение как насекомых , так и высших позвоночных ? Литература Статья И.А . Захарова , член-корр . РАН , д.б.н ., зам . дир . Института общей генетики им . Н.И.Вавилова РАН.