Эволюция — дело тонкое. Медленный и сложный процесс адаптации какого-либо организма к условиям окружающей среды, появление одних и вымирание других видов, генетические мутации и т.д. Мы частенько слышим слово «эволюция», но сам процесс ввиду его продолжительности наблюдать воочию не можем. Нам остается только рассматривать окаменелости и сравнивать их с современными организмами, выискивая общие черты и отличия, возникшие с течением времени. Либо сравнивать разные виды из одного семейства, обитающие в разных регионах. Эволюция также не лишена чувства юмора, ибо как иначе объяснить существование утконосов, кенгуру, рыбы-капли, гарпий, единорогов и т.д. Так, кто-то тут явно лишний.
Время, как мы привыкли его понимать, линейно и движется вперед, как и эволюция. Однако не всем организмам это по душе, посему некоторые делают шаг или несколько шагов назад, возвращаясь к предыдущим стадиям своего развития. Этот процесс называют ре-эволюцией. Самыми же любопытными являются существа, находящиеся где-то вне всех этих понятий. К таким относятся и ящерицы вида Saiphos equalis, самки которых способны как откладывать яйца, так и рожать детенышей. Такая материнская неопределенность, что удивительно, не распределена между особями, а может быть присуща одной и той же самке: захотела — сделала кладку, захотела — родила. Сегодня мы с вами познакомимся с наблюдением, в котором впервые детально изучили эту особенность. Какие структурные изменения присутствуют в скорлупе, почему ученые не готовы отнести данный вид ящериц к ре-эволюции и при каких условиях самки предпочитают кладку яиц, а не роды? Ответы ждут нас в докладе исследовательской группы. Поехали.
Главная героиня
Прежде чем начать поиски ответа на вопрос «что было раньше — яйцо или ящерица», стоит чуть лучше узнать центральную фигуру сего исследования. Saiphos equalis является единственным видом рода Saiphos семейства сцинковые. Семейство это самое богатое на разнообразие, ибо насчитывает порядка 130 родов и более 1500 видов.
Saiphos equalis
Ящериц Saiphos equalis можно легко принять за маленьких змей, особенно если у вас зрение не очень. А все потому, что у них очень маленькие лапки с тремя пальцами на каждой. Средняя длина особи данного вида составляет 18 см от носа до хвоста.
Первые упоминания об этом эндемике* Австралии датируется 1825 годом под авторством британского зоолога Джона Эдварда Грея, который изначально назвал данный вид «Seps equalis». Господин Грей отнес его к роду Saiphos.
Джон Эдвард Грей (John Edward Gray)
Эндемик* — представитель флоры или фауны, обитающий/произрастающий исключительно в одном ограниченном регионе. Например, утконосы в Австралии, байкальская нерпа на Байкале, бугорчатая лягушка в Японии (благодаря людям попала на Гавайи, вот вам и лягушка-путешественница) и т.д.
Самой же значимой отличительной чертой данного существа является его вариативность в вопросах размножения. Самки этого вида могут производить на свет потомство тремя способами: кладка яиц (15 дней инкубационного периода), живорождение и промежуточный тип с яйцекладкой (5 дней инкубационного периода).
Инкубационный период у других ящериц значительно дольше, что может говорить о переходе Saiphos equalis от яйцекладки до живорождения. При этом данный процесс сильно связан с условиями окружающей среды. Так, самки из более высокогорных регионов (от 1000 м над уровнем моря) живородящие, а самки из низменностей откладывают яйца с коротким инкубационным периодом.
Второе название Saiphos equalis это желтобрюхий трехпалый сцинк. Комментарий фотографа: Not dead — just cold (не мертвый — просто замерз).
Живородящие самки производят на свет полностью сформированных детенышей в прозрачной мембране. Яйцекладущие самки откладывают полноценные яйца (имеется жесткая скорлупа), в которых содержатся эмбрионы, вылупляющиеся по завершению формирования. Третий тип с более продолжительным инкубационным периодом (15 дней) отличается от предыдущего лишь более прочной скорлупой яиц.
Однако, это исследование не было бы таким шокирующим для зоологов, если бы не один нюанс — живорождение и яйцекладка вместе в один период беременности у одной самки. А зная, что для этих двух процессов нужны разные органы и биохимические процессы, становится понятно, почему такое явление столь удивительно.
Немного деталей касательно яйцекладки от самих исследователей. Самки яйцекладущих видов ящериц откладывают яйца на эмбриональной стадии 30, детеныши вылупляются на стадии 40. А вот самки вида Saiphos equalis делают кладку на стадии 38-39, инкубационный период в среднем составляет 5.5 дней. Разница весьма ощутима. Живорожденные детеныши, покрытые тоненькой мембраной, освобождаются от нее в течение 1.5 дней после рождения.
В своем труде ученые описывают наблюдения за самкой Saiphos equalis, которая в контролируемых лабораторных условиях на стадии 33 отложила 3 яйца, за тем последовало рождение полностью сформированного детеныша. Ученые сравнили морфологию скорлупы яиц этой самки и самок, производящих на свет потомство лишь одним методом (живорождение или яйцекладка).
Подготовка к наблюдениям
В наблюдениях ученых принимали участие 40 самок Saiphos equalis, собранных с высокогорных северных регионов и южных низменностей. Другими словами из двух групп по методу рождения — живородящие на севере и яйцекладущие на юге. Содержались самки в лаборатории с учетом всего необходимого: температурный режим (17–26 °C); подложка из влажного торфяного мха (55 мм); фотопериод, соответствующий природной среде обитания; вода и пища (сверчки).
Главным инструментом для сравнительного анализа структуры скорлупы, мембраны и эмбрионов был растровый электронный микроскоп (РЭМ). Снимки, полученные этим микроскопом, позволили узнать толщину оболочки (скорлупы или мембраны). Каждый образец проверялся по 10 раз в трех разных участках с применением увеличения в 1000-9000 раз. Для анализа данных использовалось программное обеспечение ImageJ.
Результаты наблюдений
Как мы уже знаем, среди всех испытуемых ученые отметили одну самку. Еще до родов всех других 39 самок она произвела на свет 2 яйца, а спустя сутки еще одно. Яйца были покрыты тонкой прозрачной мембраной. Одно было использовано для первичного анализа, а другие два были инкубированы.
Удалось выяснить, что эмбрион в яйце находится на стадии 33, а это значительно более ранняя стадия по сравнению со стандартными данными касательно эмбрионального развития (яйцо на стадии 38-39).
Снимки эмбрионов: А — эмбрион (стадия 33) внутри тонкой прозрачной мембраны от живородящей самки; В — вылупление того же эмбриона (стадия 40) после инкубации; С — эмбрион «необычной» самки, забранный на стадии 33 (яичный белок был удален).
К сожалению, одно из инкубированных яиц погибло, но второе развивалось абсолютно нормально, и на свет появился полностью сформированный и здоровый детеныш. От момента яйцекладки до вылупления прошло 37 дней. Та же самка спустя 41-48 дней с момента яйцекладки родила одного детеныша.
Суммируем: 39 самок давали жизнь своему потомству одним из методов, 1 самка решила воспользоваться обоими и снесла 3 яйца, а путем живорождения произвела на свет одного детеныша.
Теперь необходимо было понять разницу между эмбрионами и скорлупками у самок, которые реализовывали тот или иной метод репродукции.
Изображение №1: снимки РЭМ скорлупок и мембран.
Яйцекладущие S. equalis
Скорлупа яйцекладущих S. equalis состояла из внешнего грубого слоя, следом шел мембранный слой из переплетенных волокон, встроенных в плотную кристаллическую матрицу (1а и 1b). Внешние волокна самые толстые и содержат в себе глобулярные вставки (отмечены стрелкой на 1с).
Стоит отметить, что между внешней коркой и мембраной располагается еще одна тонкая дополнительная мембрана. Обратите внимание на снимки 1а и 1b, на которых эти переходные слои помечены черной стрелкой.
Внутренняя мембрана покрывает еще один внутренний разделительный слой, состоящий из плотной матрицы тонких волокон. Морфология скорлупы между стадиями 36/37 и 39 крайне похожи, в том числе похоже и соотношение слоев. Однако с течением времени толщина скорлупы снижается на 45.5% от 32.9+1.3 мм (стадия 36/37) до 17.9+2.5 мм (стадия 39).
Живородящие S. equalis
У живородящих S. equalis скорлупки (1d, 1e) структурно очень похожи на скорлупки яйцекладущих. Отличие заключается в первую очередь в разделительном слое между внешней твердой скорлупой и внутренней мембраной. У живородящих этот слой достаточно сложно идентифицировать, особенно на стадии 39/40 (черная стрелка на 1е). По снимку 1d видно, что на стадии 36 мембрана из более плотных волокон начинает подниматься к внешнему слою, а слой из более тонких волокон встроен в плотную матрицу. Волокна оболочки более однородные по диаметру на стадии 39/40 (1е). На стадии 36 толщина оболочки составляет 11.67+1.9 мм, а уже на стадии 39/40 — 8.35+2.1 мм, то есть оболочка утоньшается на 28.5%. Основное снижение толщины наблюдается в мембранном слое.
S. equalis со смешанным методом репродукции
Морфология скорлупок (1f) в данном случае идентична на стадии 33 (сразу после яйцекладки) и стадии 40 (после вылупления). Разделительный внутренний слой не удалось идентифицировать. Волокна достаточно однородные и плотные, а толщина составляет 9,27 + 0,25 мм. Пропорциональность слоев скорлупы и общая ее толщина у таких «яиц» схожа по показателям с нормальными яйцами у яйцекладущих на стадии развития 36. При этом структурно они похожи и на мембраны у живородящих ящериц. Другими словами, скорлупа/мембрана у ящериц со смешанным методом репродукции обладает свойствами скорлупы у яйцекладущих и мембраны у живородящих одновременно.
Изображение №2: измерения и сравнение толщин скорлупок, мембран и промежуточных слоев.
График 2а это показатели толщин внешнего слоя и общей толщины на предельной стадии развития эмбриона. Замеры проводились по 10 раз на каждый образец в трех разных его регионах (разных точках на скорлупке): яйцекладущие — 36/37 и 39, живородящие — 36 и 39/40, смешанная репродукция — 33.
График 2b это отношение толщины внешнего грубого слоя и мембраны. И график 2с — толщина внешнего грубого слоя на разных стадиях.
Для более детального ознакомления с исследованием настоятельно рекомендую заглянуть в доклад ученых.
Эпилог
Наблюдение яйцекладки и живорождения у одной и той же самки были впервые описаны именно в этом труде. По словам ученых, возможность откладывать яйца у видов, которые находятся на эволюционном пути к живорождению может означать наличие возможности повернуть этот процесс вспять. Другими словами, ящерицы S. equalis, которые начали переход от яйцекладки до живорождения, могут ввиду определенных факторов вернуться к предыдущей системе репродукции. Пока исследователи не могут сказать точно, сохранят ли S. equalis смешанный метод репродукции, но и такая возможность имеется.
В дальнейшем исследование сего явления будет продолжено с упором на выявление факторов, повлиявших на подобный ре-эволюционный сдвиг. Также ученые будут искать ответ на вопрос — ре-эволюция ли это или же просто переходной период, который окончится полным переходом к живорождению, как и было запланировано. Помимо этого подобные наблюдения дают нам больше информации касательно эволюционных процессов в целом, поскольку мы можем наблюдать их воочию.
Природа не перестает удивлять, а порой и шокировать нас своей непредсказуемостью. Каждое новое открытие дает нам один ответ и еще сотню вопросов, на которые мы, как одни из самых любознательных существ на планете, просто обязаны найти ответы.
Данное исследование эволюционных особенностей напомнило мне об одном занятном мультфильме — «Крылья, ноги и хвосты», 1985 год.
Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята. :)
Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас оформив заказ или порекомендовав знакомым, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
(KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps до лета бесплатно при оплате на срок от полугода, заказать можно тут.
Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $249 в Нидерландах и США! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
Автор: Dmytro_Kikot
