1

Although it is common for male fish to play the dominant parenting role, male pregnancy is a complex process unique to the fish family Syngnathidae, which includes pipefish, seahorses and sea dragons. Badacz biologii ewolucyjnej z Uniwersytetu Texas A&M Adam Jones i współpracownicy z jego laboratorium badają wpływ ciąży na role płciowe i dobór płciowy partnerów oraz próbują zrozumieć, w jaki sposób powstały nowe struktury ciała niezbędne do zajścia w ciążę. W ten sposób badacze mają nadzieję lepiej zrozumieć ewolucyjne mechanizmy odpowiedzialne za zmiany w strukturze organizmów w czasie.

„Używamy koników morskich i ich krewnych, aby zająć się jednym z najbardziej ekscytujących obszarów badań we współczesnej biologii ewolucyjnej: pochodzeniem złożonych cech” – powiedział Jones. „Worek wylęgowy u samców koników morskich i ryb, w którym samice składają jaja podczas godów, to nowa cecha, która miała ogromny wpływ na biologię gatunków, ponieważ zdolność samców do zajścia w ciążę całkowicie zmieniła dynamikę godów.”

Gdy koniki morskie kopulują, samica wkłada swój jajowód do worka wylęgowego samca (zewnętrzna struktura, która wyrasta na ciele samca) i składa niezapłodnione jaja do worka. Samiec następnie uwalnia do woreczka plemniki, które zapładniają jaja. „Nie byłoby to takie interesujące, gdyby worek lęgowy był tylko płatem skóry, gdzie samice umieszczają zwykłe jaja ryb i rozwijają się one w worku zamiast na dnie morza” – powiedział Jones. „Ale męska ciąża w niektórych gatunkach koników morskich i pipefish jest fizjologicznie znacznie bardziej złożona niż to.”

Po tym, jak samica składa swoje niezapłodnione jaja do samca, zewnętrzna powłoka jaj rozpada się, a tkanka z samca wyrasta wokół jaj w woreczku. Po zapłodnieniu jaj, samiec ściśle kontroluje środowisko prenatalne zarodków w jego woreczku. Samiec utrzymuje krew płynącą wokół zarodków, kontroluje stężenie soli w woreczku i dostarcza tlen i pożywienie rozwijającemu się potomstwu poprzez strukturę podobną do łożyska, aż do porodu.

Męska ciąża ma interesujące implikacje dla ról płciowych w kojarzeniu, wyjaśnił Jones, ponieważ w większości gatunków samce konkurują o dostęp do samic, więc zazwyczaj obserwuje się ewolucję drugorzędowych cech płciowych u samców (na przykład pawiego ogona lub poroża u jeleni). Ale u niektórych gatunków rurkonogów role płciowe są odwrócone, ponieważ samce zachodzą w ciążę, a ilość miejsca w woreczku lęgowym jest ograniczona. Tak więc samice konkurują o dostęp do dostępnych samców, a zatem wtórne cechy płciowe (takie jak jaskrawo kolorowe ozdoby) ewoluują u samic pipefish zamiast samców.

„Z badawczego punktu widzenia jest to interesujące, ponieważ nie ma zbyt wielu gatunków, w których występuje odwrócenie ról płciowych” – powiedział Jones. „To daje wyjątkową okazję do badania doboru płciowego w tym odwróconym kontekście.”

Do badania zachowań godowych koników morskich i pipefish, laboratorium Jonesa używa markerów molekularnych do analizy sądowej macierzyństwa, aby dowiedzieć się, matka potomstwa mężczyzny. Laboratorium odkryło, że pipefish zatokowy kojarzy się zgodnie z „klasycznym systemem poliandrii”, gdzie każdy samiec otrzymuje jaja od jednej samicy na ciążę, ale samice mogą kojarzyć się z wieloma samcami. Ponieważ atrakcyjne samice mogą kojarzyć wiele razy, system ten powoduje bardzo silną konkurencję w doborze płciowym, a samice gulfish ewoluowały silne wtórne cechy płciowe, powiedział Jones.

Tajfuny, jednak są monogamiczne w sezonie rozrodczym, a każdy konik morski tylko kojarzy się z jednym innym konikiem morskim. W tym systemie, jeśli istnieją równe proporcje płci, nie ma tyle konkurencji wśród samic, ponieważ istnieje wystarczająco dużo meczów dla wszystkich, Jones wyjaśnił. Więc koniki morskie nie ewoluowały silne wtórne cechy płciowe, że pipefish have.

Męska ciąża również powoduje odwrócenie zachowań związanych z płcią, Jones powiedział. „Samice przejawiają zachowania konkurencyjne, które normalnie są atrybutami typu męskiego, a samce stają się wybredne, co normalnie jest atrybutem typu żeńskiego” – powiedział. Jego laboratorium bada kroki ewolucyjne prowadzące do tego odwrócenia zachowania i rolę, jaką odgrywają hormony w tej zmianie.

Laboratorium Jonesa bada również, w jaki sposób woreczek na potomstwo po raz pierwszy rozwinął się u koników morskich i ryb rurkonosych. „Ważnym pytaniem w biologii ewolucyjnej jest to, w jaki sposób nowa struktura uzyskuje wszystkie niezbędne geny i części do funkcjonowania,” powiedział Jones. „Próbujemy więc zrozumieć, w jaki sposób worek wylęgowy i geny wymagane dla męskiej ciąży powstały w czasie ewolucji.”

Jedną z interesujących rzeczy na temat worka wylęgowego jest to, że wydaje się, iż ewoluował on niezależnie wiele razy. Istnieją dwie główne linie koników morskich i ryb fajfokowatych – trąbowce i ogonowce – i struktura woreczka lęgowego ewoluowała niezależnie w każdej z tych grup, powiedział Jones.

Innym obszarem badań laboratorium Jonesa jest ewolucja, która doprowadziła do unikalnego ogólnego kształtu koników morskich. „Jak przejść od bycia zwykłą, starą, wyglądającą rybą do bycia czymś naprawdę niezwykłym jak konik morski?” Jones said. „Jest wiele ewolucyjnych kroków zaangażowanych w to.”

Jones wyjaśnił, że pierwszym krokiem w procesie ewolucyjnym było wydłużenie ciała ryby, które laboratorium obecnie bada. Kolejnym krokiem było dodanie innych unikalnych cech strukturalnych, które koniki morskie posiadają, takich jak zginanie ryby w jej unikalny kształt. Głowa konika morskiego jest niezwykła, ponieważ w przeciwieństwie do większości ryb, głowa konika morskiego jest ustawiona pod kątem 90 stopni w stosunku do jego ciała, wyjaśnił Jones. Koniki morskie mają również ogon napletkowy, co oznacza, że w przeciwieństwie do większości ryb, mogą używać ogona do chwytania się przedmiotów.

„To wszystko są interesujące zmiany i jesteśmy zainteresowani badaniem, jak te nowe cechy powstały i krokami ewolucyjnymi, które do nich doprowadziły”, powiedział Jones. „Ostatecznie, mamy nadzieję uzyskać głębszy wgląd w niektóre z mechanizmów ewolucyjnych odpowiedzialnych za niesamowite zmiany w strukturze organizmów, które miały miejsce w historii życia na Ziemi.”