Новый переключающий клапан позволяет получать больше семени у пещерных насекомых с обратными половыми ролями

Самка пещерного насекомого Neotrogla с обратными половыми ролями эволюционировала переключающий клапан, чтобы получать больше семени во время спаривания, когда пенисоподобная структура самки закрепляется в «влагалище» самца.

Бразильские пещерные насекомые Neotrogla представляют особый эволюционный и морфологический интерес из-за их обратных генитальных структур. Это открытие впервые было описано в 2014 году международной группой учёных, включая доцента Казунори Ёсидзаву (Университет Хоккайдо) и доцента Ёситаку Камимуру (Университет Кэйо). В 2017 году группа получила за это открытие Шнобелевскую премию по биологии.

Во время спаривания самец вводит жидкое семя в орган хранения спермы самки (сперматеку) через отверстие семяпровода на кончике женского пениса. Присутствие семени вызывает формирование твёрдой капсулы, которая заключает его внутри самки. Самка может использовать содержимое капсулы не только для оплодотворения, но и в качестве питательных веществ при необходимости, так как в пещерах, где они обитают, питательных веществ мало. Считается, что способность получать питательные вещества из семени побудила самок конкурировать за спаривание, что в конечном итоге привело к эволюции женского пениса.

Многие организмы имеют обратные половые роли, но Neotrogla — единственные, у кого развился женский пенис, хотя факторы, приведшие к этой эволюции, остаются неизвестными. В новом исследовании, опубликованном в eLife, учёные сосредоточились на уникальной пластинчатой структуре у входа в орган хранения спермы, которая не встречается у других насекомых.

Исследователи проанализировали эту структуру, названную ими «сперматековой пластиной» и расположенную в верхней части органа хранения спермы, а также поток семени с помощью оптической микроскопии, конфокальной лазерной сканирующей микроскопии и высокоразрешающей компьютерной томографии, проведённой на синхротроне SPring-8.

Анализ привёл к открытию крошечного переключающего клапана шириной 0,3 миллиметра у входа в орган хранения семени, который может направлять поток семени в каналы с левой и правой сторон. Клапан состоит из:

• Стопорного крана, переключающего поток.
• Веерообразной мышцы.
• Резилиноподобного белка (резилина), который поддерживает мышечную структуру и защищает кран.

Сеноеды (отряд Psocodea, к которому принадлежит и Neotrogla) получают только один пакет спермы за раз, в то время как Neotrogla благодаря переключающему клапану может получать две капсулы одновременно. Исследователи предполагают, что «способность получать большее количество семени благодаря клапану привела к ожесточённой конкуренции за семя среди самок, способствуя эволюции женского пениса».

Казунори Ёсидзава отмечает, что это открытие, с учётом растущего интереса к биомиметике (имитации живых структур для решения инженерных задач), может быть применено при проектировании нанотехнологических устройств.