в какую сторону закручена раковина у улитки
Улитки с разными раковинами научились скручивать туловище для успешного оплодотворения
Биологи выяснили, что сухопутные улитки Euhadra aomoriensis и Euhadra quaesita, чьи раковины закручены в разные стороны, все-таки могут спариваться друг с другом. Животные умеют скручивать туловище так, что их половые органы оказываются в подходящем положении для совокупления «лицом к лицу». Ранее разница в строении считалась непреодолимым препятствием для размножения, поэтому моллюсков относили к разным видам, несмотря на то, что по остальным признакам они были схожи. Статья опубликована в журнале Evolution Letters.
Обычно панцирь улиток закручен по часовой стрелке — такой тип раковины называется декстральным. Однако у некоторых моллюсков встречается мутация, из-за которой их раковина оказывается закручена в обратном направлении. Внутренние и половые органы «улиток-левшей» также находятся на противоположной стороне тела, что делает спаривание с особями с правозакрученной раковиной невозможным.
Сегодня известно 22 вида улиток рода Euhadra: у 17 из них раковина закручена вправо, а у остальных пяти — влево. При этом некоторые моллюски, например Euhadra aomoriensis (декстральная) и Euhadra quaesita (синистральная), в остальном очень близки друг к другу. Тем не менее, долгое время считалось, что животные репродуктивно изолированы друг от друга и поэтому ученые рассматривали их как разные виды.
Однако зоологи из Ноттингемского университета и Университета Тохоку под руководством Пола Ричардса (Paul Richards) выяснили, что моллюски могут преодолеть этот барьер — они умеют скручивать свое тело так, что их половые органы оказываются оказываются в нужном положении и оплодотворение происходит успешно. Во время наблюдений ученым удалось зарегистрировать пять случаев такого поведения, причем между улитками сразу пяти видов. Также ученые подтвердили общность E.aomoriensis и E.quaesita посредством генетического анализа. Он показал, что между популяциями моллюсков происходит или недавно закончился перенос генов.
Открытие поможет сыграть важную роль в классификации видов — например, главное отличие E.aomoriensis и E.quaesita состоит как раз в закрученности раковин. Кроме того, ранее было показано, что за зеркальное расположение внутренних органов у улиток и других животных отвечает один и тот же набор генов. Ученые надеются, что дальнейшее исследование поможет выяснить, почему возникают мутации.
Интересно, что ведущий автор исследования — студент Энгуса Дэвисона, профессора, в чьей лаборатории жила виноградная улитка Джереми. Она также обладала «неправильно» закрученной раковиной, и зоологи искали ей пару в твиттере по хэштегу #snaillove. В результате нашлось две особи, и Джереми успел оставить потомство, прежде чем умер.
Улитки заворачивают раковину налево из-за праворотых змей
Ученым уже известно, что за заворачивание завитков раковины улиток по часовой стрелке (направо) или против часовой стрелки (налево) отвечает один ген. Японские биологи изучили, почему среди улиток возникает «леворукость», и как этот признак может послужить основой образования нового вида.
Команда Масаки Хосо (Masaki Hoso) из Университета Тохоку (Tohoku University) исследовала японских наземных улиток рода Satsuma. Среди нескольких видов этого рода большинство имеют правозакрученную раковину (например, S. Mercatoria), но есть и левозакрученные виды (например, S. Perversa). Последние обитают изолированно на острове Окинава и нескольких других мелких Японских островах. Биологи проанализировали, как мог возникнуть и распространиться ген «леворукости». Дело в том, что улиткам с «левыми» раковинами трудно или вообще невозможно спариваться с улитками с «правыми» раковинами (это определяется анатомией половой системы). Теоретически, случайно возникнув, такая мутация, а с ней и признак, должны были исчезнуть. Но раз «левые» улитки выделились в отдельные виды, значит, такая особенность должна давать им какое-то преимущество.
Выживают левые
Биологи проверили это предположение в эксперименте. Они взяли четырех змей и в течение нескольких дней дали им доступ к улиткам разных видов рода Satsuma (с левой и правой раковиной) и рода Bradybaena, у которых тоже есть «левые» виды. Оказалось, что выживаемость улиток зависит от нескольких факторов, и закрученность раковины – основной. Среди «правых» улиток Satsuma не выжил никто, а среди «левых» Satsuma осталось в живых 88%. Налицо преимущество «левых».
С родом Bradybaena цифры оказались другими. Среди «правых» выжило около 5%, а среди «левых» — около 25%. То есть, и здесь «левые» выигрывали, но выигрыш несколько меньше. Причина в том, что на выживаемость повлиял еще и размер: улитки Satsuma крупнее, чем Bradybaena, а змеям особенно неудобно поедать «левых» улиток большого размера.
Хищник как фактор видообразования
Значит, решили ученые, возникновению «левых» улиток способствовал отбор со стороны «праворуких» хищников – змей. И действительно, когда они посмотрели на географическое распределение видов рода Satsuma, то увидели, что «левые» виды живут исключительно в местах обитания змей Pareas iwasakii. На видообразование по этому признаку повлияла и форма раковины. Среди улиток есть виды с более плоской и более высокой раковиной, и по анатомическим причинам они используют разные способы спаривания. Именно улиткам с плоской раковиной особенно неудобно копулировать с партнером другой ориентации, поэтому «левые» плоские улитки оказались в репродуктивной изоляции.
Левые и правые улитки
Ученые из Ноттингемского университета и Университета Тохоку в японском городе Синдай обнаружили, что наземные улитки, раковины которых закручены в разные стороны, все-таки могут спариваться друг с другом. Ранее разница в строении казалась ученым непреодолимым препятствием для спаривания, поэтому улиток, отличающихся этим признаком и идентичных во всем остальном, относили к разным видам.
Спиральная раковина брюхоногих моллюсков может быть закручена по часовой стрелке (вправо) или против (влево). Обычно направление спирали едино для вида. Ведь у особей с противоположным направлением раковины все прочие органы тела тоже расположены в зеркальном отображении. Это препятствует спариванию улиток, так как половые органы у особей с разным направлением спирали оказываются по разные стороны тела. Например, все виноградные улитки (Helix pomatia) – «правосторонние». В результате редких мутаций среди них появляются особи, раковина которых закручена в обратную сторону, но потомства в природе оставить они не могут.
Спаривающиеся Helix pomatia. Фото: Silke Baron/Flickr
Случаи, когда расположение органов тела зеркально отличается от обычного бывают и у людей. В медицине они носят латинское название situs inversus и встречаются примерно у одного человека из десяти тысяч. Сердце и желудок у этих людей находятся с правой стороны от продольной оси тела, а печень – с левой. Правое легкое у них состоит из двух долей, а левое из трех (обычно все обстоит наоборот). Кишечник, кровеносные сосуды, нервы – все прочие органы – тоже ориентированы зеркально. Среди таких людей знаменитый певец Энрике Иглесиас и канадско-американская актриса Кэтрин О’Хара. Популярный в 1970-е годы певец Донни Осмонд чуть было не погиб из-за зеркального расположения органов. У него был аппендицит, но врачи, не подозревавшие о необычном строении его организма, долго не могли поставить верный диагноз.
Значительная часть людей с зеркальным расположением органов не испытывает проблем со здоровьем. Например, баскетболисту Рэнди Фою такая особенность не помешала сделать карьеру в NBA. Могут такие люди (в отличие от улиток) и оставлять потомство в браках с обычными людьми. В некоторых случаях транспозиция органов сопровождается пороками сердца из-за отличия в расположении кровеносных сосудов. Примерно в 25 % случаев зеркальное расположение органов человека связано с генетическим синдромом первичной цилиарной дискинезии. У клеток в их организме не движутся реснички. В таком случае situs inversus сопровождается хроническим синуситом и болезнями бронхов (из-за неподвижности ресничек нарушено очищение легких от слизи), а также мужским бесплодием (хвостики сперматозоидов тоже неподвижны).
Но вернемся к улиткам. Недавно стала широко известна история виноградной улитки по имени Джереми. Ее нашел в Южном Лондоне возле компостной кучи пенсионер, который ранее работал в Музее естественной истории, поэтому он обратил внимание на необычный вид улитки. У Джереми была та самая мутация, которая встречается среди виноградных улиток один раз на миллион: его раковина была закручена влево. В результате Джереми поселился в лаборатории Энгуса Дэвисона (Angus Davison) в Ноттингемском университете. Ученые выясняли, с какими именно изменениями в геноме связана форма его раковины. А также не оставляли надежду найти для Джереми пару.
Они смогли это сделать, организовав флешмоб в «Твиттере» с хештегом #snaillove. Тысячи людей публиковали твиты с просьбой найти «улитку-левшу». И такие улитки нашлись, даже шесть штук. Двух из них доставили в Ноттингем в качестве кандидатов на спаривание с Джереми. Улитка по имени Лефти жила у любителя животных из Ипсвича, а улитка Томеу прибыла с острова Майорка. Улиток поселили вместе, но сначала Лефти и Томеу отдали предпочтение друг другу и в мае этого года произвели на свет более сотни потомков. Затем они сделали еще две кладки. При этом два раза в качестве матери выступала Томеу, а один раз – Лефти (улитки гермафродиты и при спаривании могут играть роль как самца, так и самки). Джереми оставался не у дел. Лишь недавно Томеу отложил(а) 56 яиц, отцом которых был Джереми. Всего через несколько дней после этого, 11 октября 2017 года, Джереми умер, так как его возраст по меркам виноградных улиток был уже старческим.
Интересно, что дети Джереми, Лефти и Томеу оказались вполне обычными виноградными улитками с раковиной, закрученной вправо. Энгус Дэвисон объяснял это так: «То, что у малышей развивались раковины, закрученные вправо, вызвано, возможно, тем, что у матери имеются как доминантные, так и рецессивные версии генов, определяющих направление раковины. Асимметрия тела у улиток наследуется аналогично цвету скорлупы птичьих яиц – только гены матери определяют направление закручивания раковины или цвет птичьего яйца. Скорее всего, мы увидим, что потомство с левонаправленной раковиной появится в следующем поколении или даже позже».
Энгус Дэвисон занялся выяснением генетических основ асимметрии тела у брюхоногих моллюсков задолго до знакомства с Джереми. В 2016 году была опубликована его статья в журнале Current Biology, где он совместно с коллегами из Великобритании, Германии, Бельгии, США и Японии указал один из генов, определяющих левую или правую закрученность раковины обыкновенного прудовика (Lymnaea stagnalis). Оказалось, что у лягушек этот ген также отвечает за асимметрию внутренних органов.
Нынешнее исследование тоже было проведено под руководством Дэвисона. На этот раз внимание ученых привлекли сухопутные улитки из рода Euhadra, распространенного в Японии и Корее. Считается, что в этом роде 22 вида, из которых у 17 раковины закручены вправо, а у пяти – влево. Причем некоторые из них в остальном очень близки друг другу, например, Euhadra aomoriensis (правозакрученный вид) и Euhadra quaesita (левозакрученный вид). Все исследователи полагали, что различие в положении половых органов обеспечивает этим моллюскам надежную репродуктивную изоляцию.
Euhadra quaesita. Фото: Angus Davison, Satoshi Chiba
Однако теперь Дэвисон и его коллеги обнаружили, что порою улитки перекручивают свое тело так, что половые органы при спаривании двух “разнонаправленных” улиток оказываются в нужном положении и оплодотворение успешно происходит. Общность этих двух видов подтвердилась и при исследовании геномов обоих видов.
Ученым удалось зафиксировать пять случаев такого спаривания, причем четыре между Euhadra aomoriensis (правозакрученный вид) и Euhadra quaesita, а одном – даже между более далекими Euhadra quaesita и Euhadra senckenbergiana. «Мы были удивлены, обнаружив, что по-разному закрученные особи улиток Euhadra иногда спариваются, вопреки всем ожиданиям, и что доказательства этого есть в их ДНК. Ранее предполагалось, что спаривание в позиции “лицом к лицу”, обычной для этих улиток, в в случае разной закрученности невозможно. Мы же показали, что спаривание и, соответственно, обмен генами, хотя, безусловно, является редким событием, но все-таки происходит достаточно часто, чтобы эти две разновидности можно было признать одним видом. Оказывается, проблема спаривания в основном поведенческая, требующая скручивания гениталий, а не физическая несовместимость», – говорит Энгус Дэвисон.
Выводы, сделанные исследователями, важны и для классификации других брюхоногих, так как виды, различающиеся по направлению закручивания раковины, есть не только в роде Euhadra, но и в других родах.
Исследование опубликовано в журнале Evolution Letters.
Генетики закрутили раковины улиток в обратную сторону
Новое исследование позволило выявить ген, который объясняет, почему раковины улиток закручены по часовой стрелке.
Хотя большинство раковин обыкновенных прудовиков (Lymnaea stagnalis) закручены по часовой стрелке, некоторые особи в результате генетической мутации обладают левозакрученными раковинами, спираль которых закручена против часовой стрелки. Исследователи уже доказали, что за эту мутацию могут отвечать два гена: Lsdia1 и Lsdia2. Эти гены идентичны на 89,4%, поэтому выяснить, кто именно отвечает за направление спирали раковины, было сложно. Специалисты Токийского университета с помощью технологии генного редактирования CRISPR/Cas9 вызвали мутацию гена Lsdia1, обеспечив при этом передачу этой мутации будущим поколениям. По словам исследователей, улитки, унаследовавшие отредактированные копии данного гена, оказались обладателями левозакрученных раковин.
Достижение генетиков знаменует собой первый случай, когда исследователи смогли внести наследственные изменения в гены улитки. Анализ показал, что Lsdia1 заставляет внутренние клетки цитоскелета улитки очень рано склоняться влево или вправо, когда эмбрионы улитки представляют собой всего лишь отдельные клетки. Открытие помогло учёным выяснить, когда формируется асимметрия раковины. Хотя левозакрученные раковины полезны для науки, в дикой природе улиткам-мутантам очень сложно найти партнёра для продолжения рода.
7 уроков про улиток: опыты и эксперименты для детей по биологии
Итак, давайте рассмотрим улитку поближе?
Урок 1. РАКОВИНА
Размер раковины виноградных улиток доходит до 5-6 сантиметров. У взрослой особи она имеет четыре с половиной оборота, закрученных по спирали направо.
Форму таких раковин называют кубаревидная.
А вы знаете, какие еще бывают формы раковин улиток? Веретеновидные, башневидные, конусоовидные, дисковидные, овальные, шаровидные, трохусовидные, пупоидные, колпачковидные и т.д.
У виноградной улитки раковина чаще всего кубаревидная.
У степной улитки дисковидная.
У янтарки яйцевидная (или еще говорят овальная)
У ахатин, например, бывают разные формы раковин. Но в большинстве своем они башневидные.
Откуда такие названия? Спросите ребенка, пусть догадается!
Да, верно – названия происходят от предметов, на которые раковина похожа.
С «конусом», «яйцом», «колпачком» и т.д. все понятно. А вот знаете, что такое «кубарь»?
Кубарь – это волчок, старинная детская игрушка. Его запускали специальным кнутиком. И он катился «кубарем» 🙂
Наверное, ваш ребенок знает выражение «катиться кубарем с горы». Это тот самый кубарь!
А ракушка похожа на этот волчок.
 |
| Детская игрушка «кубарь» |
А «трохусовидные»? Да, они похожи на «трохус» – один из видов улиток с такой формой раковины, которая и дала название всем похожим.
ЭКСПЕРИМЕНТ 1. Какая форма раковины у улитки?
Чтобы было удобнее определить, какая у встреченной вами улитки форма раковины, я сделала рамку-определитель. Мне очень нравятся такие наглядные пособия. С ними можно легко и быстро установить все, что нужно, не роясь в книгах и не копаясь в картинках в интернете. На прогулке это особенно важно!
Все иллюстрации для этой рамки, как и для всего лэпбука, нарисовал по моей просьбе для меня мой сын Витя. Все они являются полностью авторскими!
А еще ракушки различаются цветом. Раковины практически всех виноградных улиток окрашены в коричневый цвет, по которому вдоль идут черные полосы. Но встречаются улитки совсем однотонные. К тому же сам фон окраски не у всех виноградных улиток одинаков – он варьируется от кремового до темно-коричневого. Это зависит от места обитания улитки, ведь окраска ее раковины служит для маскировки от многочисленных врагов, среди которых и птицы, и ежи, и ящерицы, и кроты, и землеройки, и даже люди.
Чтобы измерить высоту раковины, нужно взять расстояние от ее вершины до нижнего края устья.
Вот так: