Детеныш бамбуковой акулы, рожденный в результате искусственного оплодотворения. Предоставлено: фото Джея Харви, Аквариум Тихого океана.
Трудно быть акулой. Загрязнение, промышленное рыболовство и изменение климата угрожают морской жизни, а популяции многих высших океанских хищников в последние годы сократились.
Помимо изучения акул в дикой природе, ученые, работающие над спасением акул, полагаются на тех, кто живет в зоопарках и аквариумах, чтобы они могли помочь в разработке программ разведения и узнать больше об условиях, в которых акулы должны процветать. Один из важных способов, которым ученые делают это, — играть с акулами в сватах, объединяя особей в пары таким образом, чтобы увеличить генетическое разнообразие.
В новом исследовании в Научные доклады, ученые предприняли крупнейшую в истории попытку искусственно оплодотворить акул. Результатом их работы стало 97 новых детенышей акул, в том числе те, чьи родители живут на противоположных концах страны, и несколько, у которых вообще нет отцов.
«Нашей целью было разработать искусственное оплодотворение как инструмент, который можно было бы использовать для поддержки и поддержания здоровых воспроизводящихся популяций акул в аквариумах», - говорит Джен Вайффелс, ведущий автор статьи, проводившая исследование для этой статьи с Юго-Восточным зоопарком. Alliance for Reproduction & Conservation, в настоящее время работает исследователем в Университете Делавэра.
«Перемещение целых животных из одного аквариума в другой для спаривания обходится дорого и может быть стрессом для животного, но теперь мы можем просто перемещать гены через сперму», — говорит Кевин Фельдхейм, исследователь из Чикагского музея Филда и соавтор исследования. исследование, кто руководил ДНК анализ новорожденных акул для определения их происхождения.
Яичные футляры (также известные как «кошельки русалки»), отложенные бамбуковыми акулами и оплодотворенные путем искусственного оплодотворения. Предоставлено: фото Джея Харви, Аквариум Тихого океана.
Выяснить происхождение акулы может быть сложно, потому что размножение акулы не всегда просто. У некоторых видов самки акул могут хранить сперму в течение нескольких месяцев после спаривания и использовать ее для оплодотворения «по требованию», поэтому отцом новорожденной акулы не обязательно является самец, с которым мать в последний раз контактировала. Некоторые самки акул даже способны размножаться вообще без самцов, этот процесс называется партеногенезом. При партеногенезе яйцеклетки самки способны соединяться друг с другом, создавая эмбрион, который содержит только генетический материал матери.
Чтобы изучить размножение акул, исследователи сосредоточились на бамбуковых акулах с белыми пятнами. «Когда люди думают об акулах, они представляют себе больших белых, тигровых и бычьих акул — больших, страшных и харизматичных», — говорит Фельдхейм. «Белопятнистые бамбуковые акулы крошечные, около трех футов в длину. Если вы идете в аквариум, они обычно просто отдыхают на дне». Но в то время как мягкость и небольшой размер бамбуковых акул делают их маловероятными кандидатами на голливудскую славу, эти качества делают их идеальными для исследователей, пытающихся искусственно оплодотворить их.
Перед попыткой искусственного оплодотворения исследователи должны убедиться, что потенциальные матери еще не носят сперму с предыдущего рандеву. «Самок-кандидатов отделяют от самцов, и за яйцами, которые они откладывают, следят, чтобы убедиться, что они бесплодны», - говорит Виффельс. Акулы-откладчики яиц регулярно откладывают яйца, как и куры, говорит Вайффелс, до такой степени, что их прозвали «морскими цыплятами». Чтобы определить, являются ли яйца бесплодными, ученые направляют подводный свет через кожаные прямоугольные футляры для яиц (так называемые «кошельки русалки»), чтобы увидеть, нет ли на желтке извивающегося эмбриона. Если оплодотворенных яиц нет в течение шести и более недель, акула готова к осеменению.
Группа детенышей бамбуковых акул в трубе. Предоставлено: фото Джея Харви, Аквариум Тихого океана.
Ученые собрали и оценили 82 образца спермы 19 акул, чтобы определить разницу между хорошими и плохими образцами. Некоторые из хороших образцов отправлялись к ближайшим самкам для осеменения, в то время как другие хранились в холоде и отправлялись по всей стране. Как только сперма достигла Аквариума Рипли Смоки или Аквариума Тихого океана, где ждала самка, исследователи ввели ей успокоительное и поместили сперму в ее репродуктивный тракт — процедура заняла менее десяти минут. Всего в рамках исследования было осеменено 20 самок.
Молодые акулы вылупились из оплодотворенных яиц через 4 месяца инкубации. «Птенцы размером с вашу руку, и у них есть характерные пятна, которые помогают отличить их друг от друга», - говорит Виффельс. Образцы тканей были взяты у всех младенцев вместе с их родителями, поэтому Фельдхейм мог проанализировать их ДНК в Притцкеровской лаборатории молекулярной систематики и эволюции Полевого музея.
Фельдхейм разработал набор генетических маркеров для определения отцовства. «Мы секвенировали ДНК и нашли участки, в которых код повторяется», - говорит Фельдхейм. «Эти повторяющиеся фрагменты кода служат в качестве подписей, и когда мы видим их у младенцев, мы сравниваем их с потенциальными отцами». Команда обнаружила, что свежесобранная сперма эффективна при оплодотворении яйцеклеток в 27.6% случаев; сперма, которая хранилась в холодильнике в течение 24 или 48 часов, имела 28.1% и 7.1% успешных результатов, соответственно. В ходе генетического анализа потомства команда также обнаружила два случая партеногенеза, когда мать размножалась сама по себе, не используя сперму, которой она была оплодотворена. «Эти случаи партеногенеза были неожиданными и помогают проиллюстрировать, как мало мы знаем об основных механизмах полового размножения и развития эмбрионов у акул», - говорит Вайффельс.
На основе этих предварительных результатов ученые надеются помочь аквариумам расширять свои программы разведения акул и управлять ими. «Были и другие сообщения об искусственном оплодотворении акул, но в них очень мало самок. В этом исследовании мы используем двузначные числа, и в результате мы могли изучить различные методы подготовки и сохранения спермы для осеменения », - говорит Вайффельс. «И детеныш от родителей-акул, которые живут почти в 3,000 милях от сперматозоидов, собранных за несколько дней до этого, это определенно впервые».
«Одна из целей этого пилотного проекта заключалась в том, чтобы просто посмотреть, работает ли он», - говорит Фельдхейм. «Теперь мы можем распространить его на других животных, которым действительно нужна помощь в разведении, от других видов в аквариумах до акул, находящихся под угрозой в дикой природе».
Исследователи также отмечают, что если подобные исследования способствуют сохранению акул в дикой природе, то во многом это будет благодаря аквариумам. «Мы бы не узнали о партеногенезе у акул, если бы не аквариумы», - говорит Фельдхейм.
«Аквариумы позволяют наблюдать за одними и теми же животными с течением времени, а это очень сложно сделать в дикой природе», - говорит Вайффельс. «Аквариумисты наблюдают за своими животными каждый день. Они улавливают тонкие изменения в поведении, связанные с воспроизводством, и рассказывают нам о том, что видят. Подобные исследования зависят от этого сотрудничества. Мы уже используем то, что узнали из этого исследования, и применяем его к другим видам, особенно к песчаной тигровой акуле, охраняемому виду, который нечасто размножается в аквариумах ».
Ссылка: «Искусственное осеменение и партеногенез у пятнистой бамбуковой акулы. Хилосциллий плагиосумДженнифер Т. Виффелс, Лэнс М. Адамс, Фрэнк Булман, Ари Фустукджян, Майкл В. Хаятт, Кевин А. Фельдхейм и Линда М. Пенфолд, 13 мая 2021 г., Научные доклады.
DOI: 10.1038 / s41598-021-88568-y
Это исследование было проведено исследователями из Юго-Восточного альянса зоопарков по воспроизводству и сохранению в сотрудничестве с Тихоокеанским аквариумом, аквариумом Рипли Смоки, Флоридским аквариумом, Приключенческим аквариумом и Полевым музеем.
