Супермухи. Удивительные истории из жизни самых успешных в мире насекомых - Джонатан Бэлкомб

используют исследователи, занимающиеся вопросами эволюции, экологии, биологии развития, физиологии, нейробиологии, сравнительной геномики и иммунологии». Здесь слово «фонд» относится к географическим популяциям одного и того же вида. «У нас есть фонд, содержащий, в общей сложности, около 1500 родов, – поведал мне О’Грейди. – Некоторые виды представлены одним экземпляром, другие – сотнями. Примерно у 40 видов Drosophila секвенирован весь геном, и эти виды пользуются большим спросом. Как только кто-то секвенирует новый геном, новая муха сразу выходит из мрака и становится знаменитостью».

NDSSC не всегда находился в Итаке. Его история похожа на историю гавайского острова. Он был основан в Остине, в штате Техас, в 1930-е годы, затем переехал в Боулинг-Грин, Тусон и Сан-Диего, а осенью 2017 года обосновался в Итаке. Бизнес идет стабильно, около 1000 посылок в год отправляются во все уголки земного шара. Каждая партия включает в себя две или три пробирки примерно по 50 мух в каждой стоимостью 40 долларов за вид.

Самая серьезная проблема с клиентами возникает, когда мухи погибают в дороге, в этом случае их заменяют новой партией. Это происходит примерно три-четыре раза в год. В первый год после переезда в Итаку происходили несчастные случаи, когда мухи умирали, не выдерживая зимних температур. В настоящее время стали использовать каталитические грелки, кроме того, принимаются дополнительные меры, чтобы при перевозках мух не держали в слишком холодных или жарких помещениях. Случайные потери происходят в результате невезения, например когда груз наклоняется при взлете или посадке самолета. Довольно странно сознавать, что здесь, в этом скромном помещении, содержат плодовых мух, представляющих собой весь путь эволюции дрозофилы за всю ее историю в 60 млн лет. Это примерно эквивалентно размаху эволюции отряда приматов млекопитающих, к которому мы принадлежим.

Гигантское семя

Мы, сами того не желая, способствуем глобальному распространению генов плодовой мухи, когда отправляем их на большие расстояния, потому что неизбежно кому-то удается сбежать. И понятно, что мухи и другие животные распространяют свои гены половым путем. Но выбор партнера – отнюдь не конец игры в продолжение рода для мух, равно как и для многих других животных; в восьмой главе мы видели, что и самцы, и самки используют тактику, когда можно отдавать предпочтение сперме одного самца, а не другого. У некоторых видов плодовых мушек самцы идут странным путем, чтобы увеличить свои ставки в генетической лотерее.

Прежде всего краткое введение в господствующую теорию. У неразборчивых в связях видов, чьи самки спариваются с несколькими самцами, природа, как правило, благоприятствует производству большого количества очень маленьких сперматозоидов. Эволюционная логика этого так называемого соревнования сперматозоидов проста: если вы покупаете больше лотерейных билетов, у вас больше шансов выиграть, или, в данном случае, больше шансов, что один из ваших сперматозоидов первым (и последним) достигнет яйцеклетки. Наличие в природе разных систем размножения объясняет, например, почему у самцов шимпанзе яички намного больше, чем у их более крупных собратьев, горилл. Шимпанзе довольно неразборчивы в связях, и им приходится платить за то, чтобы в лотерее участвовало как можно больше их сперматозоидов. У горилл, напротив, доминирующий самец может спариться с любой самкой в стае; и при такой монополии можно не волноваться о производстве большого количества сперматозоидов. (В плане поведения и анатомии люди находятся между этими двумя крайностями.) У многих животных, от грызунов до змей и стрекоз, встречаются самые разные формы конкуренции сперматозоидов.

Любопытно, что некоторые плодовые мушки, чтобы получить преимущество над семенем конкурента, пошли другим путем. У меня была возможность изучить этот момент немного подробнее во время бесед с Келли Дайер.

«Сперма мух сильно различается по размеру, – сказала мне Дайер. – Самое маленькое семя составляет около полумиллиметра в длину, то есть оно огромно по сравнению с человеческим сперматозоидом. Главный приз за самое длинное семя у мух – собственно, самое длинное среди животных – достается Drosophila bifurca, ее сперматозоиды в длину порядка шести-семи сантиметров».

Что?! Ведь плодовые мушки очень маленькие. Это все равно что сравнивать человеческие сперматозоиды с теннисным кортом. По необходимости почти вся эта длина приходится на хвост, или жгутик, движение которого приводит в движение головку сперматозоида.

Как и почему это работает? Оказывается, более длинные сперматозоиды прекрасно вытесняют своих конкурентов из женского репродуктивного тракта, что дает им преимущество в борьбе за оплодотворение[403]. По словам Дайер, причудливые хвосты образуют так называемую «спутанную пряжу», она препятствует продвижению спермы других самцов, которые спарились с самкой позже.

Тут встает другая, очевидная и практическая проблема: как эти громоздкие сперматозоиды помещаются у самки внутри?

Если коротко, то эволюция позаботилась и об этом. Когда дело доходит до деталей, которые должны подходить друг к другу, например со всем тем, что связано с половым актом, эволюция не сидит сложа руки, пока технические принадлежности одного пола движутся вверх по адаптивному склону.

В качестве иллюстрации[404] Дайер достала с полки старую книгу «Эволюция рода дрозофил» (Evolution in the Genus Drosophila; 1952) и показала подробные рисунки репродуктивных путей самок мух.

Дайер обратила мое внимание на рисунок D. pseudoobscura, вида с короткохвостыми сперматозоидами, изображающий женские половые органы, куда попадают сперматозоиды. Они имели обычные для плодовой мушки размеры. Переворачивая страницы, мы рассмотрели репродуктивный тракт вида с гигантскими сперматозоидами; здесь женские половые органы были закручены в спираль, как шнур от трубки старого телефона. Дайер прокомментировала:

– А происходит вот что: женский репродуктивный тракт эволюционировал, чтобы вместить сперму своего партнера. Существует очень тесная внутривидовая корреляция между длиной сперматозоидов и длиной органа для хранения спермы.

– Какую часть полости тела занимают эти органы? – спросил я.

– Почти всю брюшную полость.

Затем Дайер пригласила меня в соседнюю лабораторию, где я все увидел бы воочию. Она «выключила» несколько мух при помощи углекислого газа, затем, взяв пару очень тонких игл с пробковыми ручками, отделила самку мухи от остальных и, положив ее в небольшую лужицу воды, извлекла репродуктивные органы. Далее Дайер поместила предметное стекло с образцом на смотровую площадку стереомикроскопа, после чего пригласила меня взглянуть.

Оба жемчужно-белых яичника содержали несколько бледных сегментов, по цвету напоминающих очищенное личи, а по форме – купол мечети. Рядом располагалась пара бугристых трубок, напоминающих нитку жемчуга: семенные сосуды. У вскрытого самца мы обнаружили две желтоватые структуры, закрученные в спирали: семенники. Вскрыв один из них, мы обнажили печально известные длинные сперматозоиды, которые в таком ракурсе были похожи на молочное облако. В этом облаке лежали тысячи длиннохвостых сперматозоидов, в тысячу раз меньше, чем самые маленькие сперматозоиды человеческого эякулята; они были слишком малы, чтобы можно было разглядеть их по отдельности при таком увеличении.

Производство гигантских сперматозоидов –