В Чёрном море мидии меняют пол из-за жары и загрязнений

Учёные Института биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН впервые экспериментально доказали, что повышение температуры воды, нефтяное загрязнение и тяжёлые металлы способны запускать у черноморских мидий процесс смены пола. Результаты исследования, поддержанного Минобрнауки России, опубликованы в престижном научном журнале «Regional Studiesin Marine Science». Выяснилось, что стресс заставляет самок превращаться в самцов или в гермафродитов, что может серьёзно сказаться на воспроизводстве популяций в условиях глобального потепления и антропогенной нагрузки.

 «Мы впервые получили прямые экспериментальные доказательства того, что температурный стресс может вызывать инверсию пола у мидий, причём чувствительность к этому фактору зависит от возраста. Это особенно хочется подчеркнуть в контексте резко выраженного положительного тренда температуры поверхности моря в районе исследования за последние годы. Но главный результат наших исследований заключается в том, что неблагоприятные факторы среды связаны не только со смертностью, но и с перестройкой репродуктивной системы: часть особей, изначально определенных как самки, после воздействия стресса формировали мужские половые клетки либо одновременно мужские и женские», — комментирует старший научный сотрудник отдела аквакультуры и морской фармакологии, к.г.н. Марк Попов.

 

 Объектом исследования севастопольских специалистов стала средиземноморская мидия (Mytilus galloprovincialis) — один из доминантных видов черноморского шельфа и популярный объект марикультуры в регионе. Моллюсков отбирали на мидийно-устричной ферме в период весеннего нереста. В лаборатории с помощью плавного нагрева воды у каждой особи индивидуально вызывали нерест и под микроскопом определяли пол. Для эксперимента были отобраны исключительно самки двух размерных групп: молодые уже половозрелые особи (около 35 мм) и крупные мидии товарного размера (около 60 мм).

Затем в течение месяца подопытные экземпляры мидий подвергались воздействию трёх стрессовых факторов: повышенной температуры (+25°C), добавлением дизельного топлива и соединением меди. Эти факторы были выбраны не случайно, ведь именно они отражают реальные риски для прибрежных акваторий: летний перегрев морской воды, нефтяное загрязнение и тяжёлые металлы, поступающие со стоками и противообрастающими красками с судов. Далее моллюсков ещё два месяца выдерживали в естественных условиях на морской ферме для созревания гонад. Параллельно в полевом эксперименте садки с мидиями на три месяца вывесили на ферме с хорошим водообменом и, наоборот, в полузакрытой бухте с высокой антропогенной нагрузкой.

 «Результаты показали тревожную картину. Наиболее выраженная инверсия пола наблюдалась при воздействии меди: мужские или одновременно мужские и женские половые клетки были обнаружены у 82–85% выживших самок. Дизельное топливо привело к смене пола у 73–77% особей. Повышенная температура оказала более мягкое стрессовое воздействие, но также эффективное: инверсию зафиксировали у 46–68% самок. При этом наиболее чувствительными ко всем стрессовым факторам оказались молодые половозрелые мидии: у них смена пола происходила чаще, чем у крупных взрослых особей. Это важное открытие! Получается, что младшее поколение, от которого зависит будущее популяции, сильнее всех страдает от стрессовых факторов», — сообщила старший научный сотрудник. отдела аквакультуры и морской фармакологии, к.б.н. Наталья Челядина. 

При этом соединение меди не только лидировала в процентном отношении по числу инверсий, но и вызывала наибольшую смертность, что, вероятно, связано с её общетоксическим действием и способностью провоцировать окислительный стресс.

 «Важно понимать: смена пола — процесс небыстрый. За один час превращения не произойдет. Это глубокая перестройка ткани половой железы, которая занимает месяцы. Мы брали мидий в период нереста, а смена происходит в период посленерестовой перестройки гонад. Почему возникает такая перестройка, пока окончательно не установлено. Одна из гипотез состоит в том, что образование яйцеклеток требует больше энергии, чем образование сперматозоидов. В условиях стресса часть энергоресурсов может перераспределяться на поддержание жизнедеятельности и обезвреживание токсичных веществ», – резюмирует ведущий научный сотрудник. отдела аквакультуры и морской фармакологии, к.б.н. Наталья Поспелова. 

Хотя по результатам одной работы нельзя говорить о катастрофическом состоянии всех черноморских мидий, однако исследование посылает чёткий сигнал. Потепление и загрязнение могут одновременно повышать смертность и сокращать долю самок в популяции. Особую тревогу вызывают полузакрытые городские бухты, где риски для воспроизводства мидий наиболее высоки. Полученные данные имеют прямую практическую пользу. Они помогают оценивать экологическое состояние прибрежных акваторий, что может быть использовано при выборе участков для организации новых марикультурных хозяйств.

 Это исследование — часть многолетнего и систематического цикла работ научной группы из отдела аквакультуры и морской фармакологии ФИЦ ИнБЮМ, который длится более десяти лет. Учёные уже изучили влияние на смену пола мидий различных тяжёлых металлов, температуры, дизтоплива, поверхностно-активных веществ, голода, гипоксии и половых гормонов. Следующим необходимым этапом должно стать изучение внутренних механизмов инверсии пола, включая генетическую и молекулярную регуляцию.