Обнаружен новый критический период определения пола у эмбрионов морских черепах

В отличие от людей, у черепах, ящериц и других рептилий (например, крокодилов) нет половых хромосом. Их пол определяется окружающей средой, что делает их особенно уязвимыми к изменению климата. Повышение температуры инкубации может поставить под угрозу появление особей обоих полов.

Оценка первичного соотношения полов у этих видов критически важна, так как позволяет оценить их уязвимость в условиях текущих и будущих изменений климата. Несмотря на значительный прогресс в прогнозировании соотношения полов, исследованиям мешал недостаток точных и репрезентативных региональных и популяционных оценок. В результате расчеты первичного соотношения полов могут быть искажены.

Исследователи из Флоридского Атлантического университета (FAU) совместно с Университетом Париж-Сакле (Франция) показали, что время ключевых процессов развития, управляемых температурой, жизненно важно для определения момента, когда пол устанавливается у эмбрионов морских черепах. Они также первыми сравнили результаты наиболее широко используемых методов прогнозирования соотношения полов с фактическими соотношениями из естественных кладок.

Ученые разработали новый способ учета влияния температурных колебаний на определение пола эмбрионов, который позволяет прогнозировать соотношение полов с гораздо большей точностью, чем предыдущие модели. Этот метод измеряет силу маскулинизирующего или феминизирующего воздействия температур с помощью новых параметров, раскрывающих механизм температурно-зависимого определения пола.

Для исследования ученые смоделировали рост эмбрионов головастой морской черепахи (Caretta caretta) в течение инкубации, используя модель эмбрионального роста, которая сочетает термическую норму реакции для скорости роста и функцию роста. Температуры регистрировались в течение всей инкубации для 151 гнезда на шести пляжах Флориды в период с 2002 по 2018 год.

Результаты, опубликованные в журнале Ecological Modelling, показывают, что температура среды инкубации может влиять на половую дифференцировку гонад (репродуктивных органов) раньше, чем это признавалось ранее. Обнаружено два пика, когда температура влияет на определение пола: в начале и в конце критического периода инкубации, известного как термочувствительный период развития. Это период, в течение которого пол определяется необратимо.

«Мы наблюдали, что, подобно тому, что происходит у рыб, термочувствительный период происходит до начала гистологической дифференцировки гонад, в ходе которой они развиваются либо в яичники, либо в семенники», — говорит соавтор работы Жанетт Уайнекен, профессор биологических наук FAU.

Результаты подтверждают ранее высказывавшиеся опасения, что термочувствительный период, когда пол эмбриона определяется как мужской или женский, не совпадает со средней третью инкубации. В природе температуры инкубации непостоянны, поэтому и темпы развития непостоянны.

Более того, использование средней трети продолжительности инкубации для приблизительного определения термочувствительного периода существенно снижает точность оценок соотношения полов в естественных гнездах. Эти выводы могут быть схожими для других рептилий с температурно-зависимым определением пола, поскольку задействованы сходные молекулярные детерминанты и ферментативные механизмы.

Температура, которая теоретически дает 50% особей каждого пола, называется «поворотной температурой», а диапазон температур, в котором появляются особи обоих полов, — «переходным диапазоном температур».

«Учитывая, что поворотная температура и переходный диапазон температур определены только для постоянных температур инкубации, среднюю температуру инкубации нельзя считать надежной для прогнозирования соотношения полов при колебаниях температуры», — отмечает Уайнекен. — «Необходимо использовать более биологически релевантный заменитель».

Для прогнозирования соотношения полов среди вылупившихся детенышей косвенные методы, использующие температурные прокси, особенно удобны, когда интересующий вид не имеет внешнего полового диморфизма до взрослой стадии. Черепахи, как правило, долгоживущие и поздно созревающие, половой диморфизм у них проявляется только при приближении к половой зрелости — морским видам часто требуется более 25 лет, чтобы достичь ее.

«Изучение термической нормы реакции для определения пола среди рептилий с температурно-зависимым механизмом поможет получить экологически значимые оценки соотношения полов, которые необходимы для оценки жизнеспособности популяций в условиях изменения климата», — говорит Уайнекен. — «Наши результаты дают новое представление о механизмах, действующих во время температурно-зависимого определения пола, и помогут улучшить прогнозы относительно будущего находящихся под угрозой популяций по всему миру».