Почему популяция серебряного карася может состоять из одних самок: как устроен гиногенез

В рыболовной практике средней полосы России есть наблюдение, с которым регулярно сталкиваются при чистке улова серебряного карася: из пятидесяти пойманных рыб все пятьдесят оказываются самками с икрой. Ни одного самца с молоками в садке нет ни весной, ни летом, ни осенью. Ихтиологи фиксируют эту ситуацию десятилетиями: в тысячах изолированных карьеров, прудов и торфяников популяции серебряного карася на 100% состоят исключительно из особей женского пола. Возникает вопрос, каким образом замкнутая популяция способна существовать без единого самца и при этом ежегодно увеличивать свою численность.

Впервые масштаб этого явления официально зафиксировали советские рыбоводы в конце 1930-х годов, когда в стране началось плановое зарыбление колхозных прудов. Исследователи брали контрольные пробы в сотнях хозяйств от западных областей до Дальнего Востока и регулярно находили водоемы, где на пять тысяч выловленных карасей не было ни одной мужской особи. Сначала предполагали наличие скрытого гермафродитизма или то, что самцы просто мельче и погибают раньше самок, однако микроскопический анализ половых продуктов быстро исключил эти версии.

Зачем карасю самцы других видов

Причина такого явления кроется в биологическом механизме под названием гиногенез, что переводится как «рождение от самки». В отличие от большинства рыб и других позвоночных животных, самке серебряного карася не требуется генетический материал мужской особи своего вида для продолжения рода. Единственное условие для воспроизводства — внешний стимул, который заставляет готовую икринку начать деление.

Когда весной вода прогревается до 14-16 градусов, самки карася собираются на мелководье в зарослях прибрежной растительности. При этом нерестятся они не изолированно: караси приходят на нерестилища других рыб семейства карповых — карпа, сазана, плотвы, золотого карася, леща или линя. Самка карася держится рядом с нерестящейся парой другого вида и сбрасывает икру в тот момент, когда чужой самец выделяет в воду молоки. Самцы плотвы или карпа не различают икру в мутной воде и осеменяют всю массу без разбора.

После этого начинается процесс, который противоречит стандартным правилам биологии. Сперматозоид чужого вида подплывает к икринке карася и проникает внутрь через микроскопическое отверстие в оболочке. Как только сперматозоид оказывается внутри, яйцеклетка получает физико-химический сигнал к началу деления. На этом этапе участие посторонней рыбы полностью прекращается: ядро сперматозоида изолируется, блокируется клеточными структурами и разрушается ферментами цитоплазмы.

Слияния мужского и женского ядер не происходит. По этой причине из икринки никогда не вырастает помесь карася с плотвой или карпом. Развивающийся зародыш использует исключительно материнский набор хромосом, поэтому малек становится стопроцентной генетической копией матери. Все появившиеся на свет рыбы оказываются самками, которые через два года возвращаются на то же самое мелководье и повторяют этот цикл с самцами других рыб.

Как устроена генетика однополой популяции

При стандартном размножении яйцеклетка несет половину материнских хромосом, а сперматозоид добавляет вторую половину от отца, в результате чего образуется организм с парным набором. Если чужое ядро уничтожается, встает вопрос, откуда зародыш берет полный комплект генетической информации. Дело в том, что серебряный карась представлен в водоемах двумя формами, и популяции без самцов состоят исключительно из триплоидных особей.

Обычные двуполые рыбы имеют двойной набор из 100 хромосом, тогда как у самок из чисто женских популяций их около 150 или 160. Во время созревания триплоидной икринки процесс редукционного деления блокируется: яйцеклетка не уменьшает количество хромосом в два раза, а сохраняет весь материнский тройной набор. Чужой сперматозоид выступает только в роли пускового механизма для деления клетки, не передавая зародышу никаких собственных признаков.

В биологии принято считать, что размножение клонированием без регулярного притока новых генов ведет к постепенному накоплению мутаций и вымиранию популяции перед лицом инфекций. Однако серебряный карась опроверг это правило, распространившись по всей Евразии и став массовым видом во внутренних водоемах. Причину такой выносливости ихтиологи выяснили с появлением точных методов анализа: однополая система карася оказалась проницаемой для стороннего материала.

При секвенировании ДНК триплоидных популяций ученые обнаружили, что в клетках самок карася встречаются микрохромосомы — небольшие отрезки генетического кода тех самых рыб-доноров (карпа, линя или сазана). В редких случаях разрушение ядра чужого сперматозоида происходит не полностью, и микроскопический фрагмент чужой ДНК встраивается в геном карася. Это явление обеспечивает популяции минимальный приток новой генетической информации без прямого скрещивания.

Самцы других видов расходуют молоки впустую, поддерживая численность конкурента, чье потомство в дальнейшем отбирает у их собственных мальков кормовую базу. Единственный фактор, способный остановить размножение такой популяции в изолированном водоеме, — это исчезновение других карповых рыб. Если в пруду не останется ни плотвы, ни карпа, самки триплоидного карася не смогут дать потомство, несмотря на наличие зрелой икры.

Пока в воде присутствует хотя бы небольшое количество самцов любых карповых видов, серебряный карась продолжает воспроизводить поколения собственных копий, обходясь без самцов своего вида десятилетиями.