Австралийские биологи открыли дополнительный способ размножения кораллов

Коралл Acropora millepora — давно известный и детально изученный обитатель Большого Барьерного рифа. Однако и он преподносит ученым сюрпризы. Округлое тело между двух коралловых веточек — это связка яиц и сперматозоидов. Изображение с сайта www.secore.org

Штормовые условия океанических побережий, где обитают кораллы, являются не только фактором нестабильности, повышающим смертность этих существ. Они также способствуют увеличению числа личинок кораллов. Волны разбивают эмбрионов на отдельные бластомеры, и из каждого бластомера развивается самостоятельная личинка. Эта дополнительная возможность увеличивает число потомков в два-четыре раза, и во столько же раз увеличиваются шансы на выживание и оседание личинки в подходящем месте. Вероятно, именно приспособления к всевозможному умножению количества молоди обеспечили кораллам столь успешное выживание в нестабильных условиях штормовых зон и эволюционное долгожительство.

Как известно, кораллы размножаются половым и бесполым путем. Яйцеклетки и сперматозоиды созревают в энтодерме и выбрасываются наружу в воду. При этом выброс половых продуктов синхронизируется временем года и фазой луны: по всей вероятности, кораллы реагируют на определенную длину волны в голубом диапазоне и температуру воды. Синхронизация размножения по времени года и фазе луны характерна не только для кораллов, но и для многих других морских животных (так, исследователям морской живности Белого моря хорошо знакомы устрашающие картины размножения нереисов: во время первого полнолуния июля эти внушительного размера полихеты все хором поднимаются на поверхность и, скользя по воде словно морские змеи, выбрасывают половые продукты).

Кораллы выметывают гаметы в воду одновременно (розовые скопления слева), формируя связки яиц и сперматозоидов. В каждой связке 5–10 яйцеклеток и тысячи сперматозоидов (округлые связки увеличены на фото справа). Изображение с сайта www.secore.org

Оплодотворенная яйцеклетка плавает в воде и, пройдя несколько последовательных расщеплений, формирует бластулу, затем гаструлу и наконец личинку-планулу. Эта личинка снабжена ресничками и подвижна. Она опускается на дно, и если ей удается попасть в место, где есть подходящий субстрат для прикрепления, проходит метаморфоз и превращается в полип. После полип может размножаться бесполым путем, отпочковывая всё новые и новые кораллиты. Так формируется модульная постоянная колония — то есть такая, которая состоит из жестко связанных генетически единообразных организмов (сейчас различают модульные и колониальные организмы, последние состоят из нежестко связанных различающихся особей). Планула считается расселительной стадией, так как именно за счет выброса большого числа таких личинок происходит освоение новых местообитаний.

Схема опыта с полипами. Первая (самая левая) колонка — одно-, двух- и четырехклеточные эмбрионы. Далее следует переливание из одного аквариума в другой с тридцатисантиметровой высоты — то есть имитация шторма средней силы. Вторая колонка — распавшиеся клетки эмбрионов разных размеров. Третья колонка — новое начало прерванного развития. В следующих колонках показано, что до окончания гаструляции соблюдается разная пропорция размеров эмбрионов. Последняя колонка — молодые полипы после метаморфоза, пропорции размеров сохраняются. Изображение из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science

Австралийские ученые из института Института наук о море (Australian Institute of Marine Science, AIMS), внесли интересное дополнение к классической системе чередования поколений у кораллов. Они наблюдали в опытном аквариуме еще один способ бесполого размножения, помимо ординарного почкования. В аквауриумах у них росло 7 колоний кораллов Acropora millepora. Кораллы продуцировали яйца и после оплодотворения начали деление. Через три часа основная масса бластул — ранние стадии дробления яйца — состояли из 2, 4 или 8 клеток. И вот тогда исследователи проделали простой эксперимент: воду, содержащую эти эмбрионы (точнее — бластулы), перелили из одного аквариума в другой. Таким образом, бластулы подверглись воздействию, обычному в природных условиях, — это был аналог небольшого или среднего волнения на море. Большинство бластул распалось на отдельные клетки или фрагменты из двух-четырех клеток.

Тут сказалась одна специфическая особенность кораллов — отсутствие плотной оболочки у яйца. Если бы такая оболочка была, то никакие волны и ветры не смогли бы нарушить целостность этих эмбрионов. Тем не менее каждый отдельный фрагмент бластулы продолжал нормальное развитие. Их отличал от обычных личинок только размер. При спокойном развитии средний размер яйца составлял около 440 мкм, диаметр бластомеров двух- и четырехклеточных бластул составлял 313 и 227 мкм, размер подвижных личинок после окончания гаструляции и закрытия бластопора — а это происходит на 7-й день развития — примерно равен размеру оплодотворенных яиц, то есть около 440 мкм. После экспериментального «шторма» подвижные личинки оказались трех размерных классов — 440, 344 и 267 мкм. Ясно, что наряду с нормальными личинками выборка была составлена двух- и четырехклеточными бластомерами. Личинки всех размеров прошли метаморфоз с одинаковой эффективностью: около 80% из них превратились в маленькие полипы трех размерных классов — 866, 568 и 406 мкм. После того как эти полипы адаптировали фотосинтезирующих симбионтов, размеры их постепенно выравнялись.

Ювенильные стадии развития коралла Acropora millipora. А — изначальная смесь эмбрионов до начала опыта через три часа после оплодотворения. B — отдельные бластомеры после имитации шторма. C — четырехдневные эмбрионы трех размерных классов. D — шестинедельные полипы с симбионтами. Длина масштабной линейки 0,5 мм. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Многие животные способны продолжить нормальное развитие из отдельных бластомеров, особенно если разделение происходит на таких ранних стадиях. Однако только кораллы обратили этот рискованный путь себе на пользу, избавившись от плотной оболочки яйца. К подобному умножению количества потомков приспособлены кораллы из семейств Acroporidae, Faviidae, Mussidae, Fungidae и Occulinidae. Таким способом они удваивают или даже учетверяют число потомков, удваивая или учетверяя шансы на выживание и расселение. Возможно, что обилие потомков, достигаемое всеми возможными путями, определило их способность приспосабливаться к нестабильным условиям штормовых зон и, соответственно, эволюционную стойкость.

Источник: A. J. Heyward, A. P. Negri. Turbulence, Cleavage, and the Naked Embryo: A Case for Coral Clones // Science. 2 March 2012. V. 335. P. 1064.

Елена Наймарк