Женщины-светлячки давно знают, что лучшие романы бывают с самцом-светлячком, который предлагает самый питательный и самый большой «свадебный подарок» - капсулу со спермой, наполненную белком, богатую яйцеклетками и питательными веществами, продлевающими жизнь. для женщин.
Однако молекулярный состав свадебных даров остается неизвестным, даже несмотря на то, что дары предлагают преимущества, которые заставляют самку светлячка возвращаться снова и снова.
Теперь новое исследование Университета Тафтса, проведенное в сотрудничестве с учеными Массачусетского технологического института, раскрывает тайну этой специальной упаковки, предлагает первый взгляд на содержимое даров светлячков и проливает новый свет на половой отбор после спаривания. Результаты были опубликованы сегодня в Scientific Reports.
Сосредоточив внимание на обыкновенном восточном светлячке Photinus pyralis, также известном как Большая Медведица, исследователи обнаружили более 200 идентифицируемых белков в брачных дарах. О разнообразных функциях белков можно судить по их сходству с белками, известными у других насекомых. Некоторые из них являются структурными белками, составляющими ткань брачного дара, в то время как другие являются ферментами, которые могут помочь распаковать подарок, позволяя высвободить его содержимое. Другие ферменты, по-видимому, представляют собой биохимический способ подтолкнуть самку к откладыванию большего количества яиц. Исследователи также определили ферменты, которые могут повысить успешность отцовства у мужчин, ускоряя хранение спермы или повышая способность мужской спермы оплодотворять яйцеклетки самок.
Автор корреспонденции Сара Льюис, доктор философии, профессор биологии в Школе искусств и наук Университета Тафтса, сказала, что новые технологии позволили исследовательской группе точно расшифровать, что находится внутри этих любовных связок. Среди новых достижений были исследования экспрессии генов в репродуктивных железах самцов светлячков и протеомный анализ для выявления специфических белков, которые передаются самкам во время спаривания.
«Мы обнаружили, что свадебные дары светлячков представляют собой сложные, элегантные структуры, созданные множеством мужских желез», - сказала Нурия Аль-Ватики, защитившая докторскую диссертацию. в Tufts в 2016 году и является соавтором исследования. «На самом деле, если вы заглянете внутрь самца светлячка, вы обнаружите, что он битком набит механизмами для изготовления подарков».
Хотя экспрессия генов и протеомные исследования дают представление о составе белков дара, необходимы разные подходы для выявления других ингредиентов, которые могут содержаться в мужских дарах. Поэтому исследователи провели метаболомное исследование с высоким разрешением, которое показало, что брачные дары светлячков также содержат люцибуфагин, токсин с горьким вкусом, показанный в предыдущей работе для защиты яиц и взрослых особей светлячков. Самки могут использовать эти пожертвованные самцами токсины, чтобы защитить себя или свое потомство от хищников.
«Мы многое знали об ухаживании светлячков, но до сих пор ничего не знали о сексе светлячков», - сказал Льюис. «Думаю, можно с уверенностью сказать, что взрослые светлячки одержимы сексом».
Лаборатория Льюиса в Тафтсе занимается исследованием секса светлячков уже более двух десятилетий. Предыдущие полевые и лабораторные исследования лаборатории показали, что самки выбирают себе пару на основе времени биолюминесцентных вспышек ухаживания самцов, и что самки светлячков спариваются с несколькими разными самцами в течение последовательных ночей.
Лаборатория также обнаружила, что самки светлячков извлекают выгоду из брачных даров самцов за счет более высокой яйценоскости и увеличения продолжительности жизни, а также обнаружили, что самцы, которые дают более крупные дары, могут производить больше потомства самок.
Расшифровка того, что делает определенных самцов более успешными после спаривания, оказалась очень сложной задачей, потому что события после спаривания происходят в скрытых углублениях репродуктивного тракта самки. В будущих исследованиях будет изучена роль определенных компонентов мужского дара в стимулировании яйцеклетки самок и улучшении репродуктивного успеха самцов. Также необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, как токсины против хищников, выделяемые самцами светлячков, способствуют защите самок и их потомства.
«Это исследование открывает так много захватывающих возможностей для будущих исследований полового отбора у светлячков и других насекомых, дающих подарки», - сказал Льюис, который появился на TED2014Talks.
Помимо Льюиса и Аль-Ватики, в число авторов входят: соавтор Тимоти Р. Фэллон, доктор философии. студент Института биомедицинских исследований Уайтхеда при Массачусетском технологическом институте; соавтор Цзин-Ке Венг, член Института биомедицинских исследований Уайтхеда и адъюнкт-профессор биологии Массачусетского технологического института; и Адам Саут, получивший докторскую степень. D. в Тафтсе в 2012 г. и в настоящее время является постдокторантом кафедры иммунологии и инфекционных заболеваний Гарвардского университета им. Т. Х. Школа общественного здравоохранения Чана при Гарвардском университете.