Зачем самец удильщика навсегда прирастает к самке и становится её органом?

В глубинах океана, куда не проникает ни один луч солнца, существует форма размножения, которую сложно принять без оговорок даже подготовленному биологу. Самец глубоководного удильщика вцепляется в тело самки, его губы срастаются с её кожей, кровеносные системы двух организмов объединяются в единую сеть, а затем его глаза, плавники и внутренние органы постепенно исчезают. Через несколько месяцев от некогда самостоятельного существа остаётся лишь бугорок ткани, обеспечивающий самку мужскими половыми клетками. Он больше не способен ни плавать, ни питаться, ни существовать отдельно. Он стал частью её тела в самом буквальном физиологическом смысле.

Обитатели вечной тьмы

Подотряд Ceratioidei объединяет около одиннадцати семейств глубоководных удильщиков, обитающих преимущественно в батипелагической и абиссальной зонах мирового океана на глубинах от трёхсот до трёх и более тысяч метров. Это пространство характеризуется давлением в сотни атмосфер, температурой воды около двух-четырёх градусов выше нуля и полным отсутствием солнечного света. Именно здесь, в толще воды над дном, вдали от берегов и рифов, живут существа, ставшие одним из самых узнаваемых символов глубоководной фауны.

Самки удильщиков — рыбы с непропорционально крупной головой, огромной пастью, усаженной острыми зубами, и характерным выростом на голове, называемым иллицием. На конце этого выроста располагается эска — светящийся орган, наполненный колониями симбиотических биолюминесцентных бактерий. Этот орган функционирует как приманка: удильщик подрагивает светящейся «наживкой» в темноте, привлекая добычу на расстояние броска. Свет эски регулируется самой рыбой за счёт изменения кровоснабжения органа, что позволяет удильщику «включать» и «выключать» свечение по необходимости. Размеры самок варьируются в зависимости от вида от пяти-шести сантиметров до более чем метра в длину у отдельных представителей семейства меланоцетовых.

Самцы же выглядят совершенно иначе. У многих видов церациевидных удильщиков взрослый самец представляет собой крошечное существо длиной от шести до сорока миллиметров, лишённое иллиция и эски. Его тело не приспособлено для охоты на крупную добычу: челюсти слабы, желудок мал. Зато до момента встречи с самкой у него превосходно развиты два органа чувств — обонятельные капсулы, занимающие непропорционально большую долю головы, и крупные глаза, адаптированные к улавливанию слабейших вспышек биолюминесценции. Вся его взрослая жизнь до момента прикрепления посвящена одной задаче: найти самку.

Почему в глубине так трудно найти партнёра?

Чтобы понять, зачем природе понадобилась столь радикальная репродуктивная стратегия, необходимо осознать масштабы среды обитания этих рыб. Батипелагиаль — это объём воды, в тысячи раз превышающий объём всех континентальных лесов и степей вместе взятых. При этом плотность населения удильщиков крайне мала. По оценкам исследователей, основанным на данных глубоководных тралений и наблюдений с подводных аппаратов, на кубический километр глубинных вод приходится в лучшем случае несколько десятков взрослых особей одного вида, а чаще — единицы.

Самка удильщика не мигрирует на нерестилища, не формирует скоплений, не издаёт акустических сигналов наподобие тех, что используют киты или некоторые мелководные рыбы. Она дрейфует в толще воды, поджидая добычу. Самец, в свою очередь, не может позволить себе просто ждать: его ограниченные энергетические запасы не рассчитаны на длительное голодание. Если он не найдёт самку в разумные сроки, он погибнет, не оставив потомства. В этих условиях эволюционный отбор жёстко штрафовал любую неэффективность в поиске партнёра и, что ещё важнее, любую неспособность гарантировать слияние половых клеток в момент, когда партнёры наконец встретились.

Именно это давление среды — колоссальные расстояния, ничтожная плотность популяции, невозможность повторной встречи — сделало одноразовый репродуктивный контакт крайне рискованной стратегией. Если самец передаст генетический материал и уплывёт, следующая порция икры самки может остаться неоплодотворённой просто потому, что второго самца рядом не окажется. Природа ответила на этот вызов радикально: сделала самца постоянным, несъёмным элементом репродуктивной системы самки.

Как самец находит самку

До момента прикрепления самец удильщика ведёт свободный образ жизни. Его главной задачей является обнаружение самки на расстояниях, которые в условиях полной темноты и трёхмерного пространства кажутся практически непреодолимыми. Для решения этой задачи эволюция снабдила его двумя высокочувствительными инструментами.

Первый и основной — обоняние. Самки удильщиков выделяют в воду специфические феромоны, молекулы которых распространяются в виде постепенно расширяющегося химического следа. Обонятельные эпителии самца занимают значительную часть его головы и содержат огромное количество рецепторных нейронов. У некоторых видов площадь обонятельного эпителия относительно массы тела в десятки раз превышает аналогичный показатель у самок. Самец способен улавливать единичные молекулы феромона и двигаться вверх по градиенту концентрации, корректируя траекторию подобно тому, как собака берёт след. В условиях глубоководных течений этот след может быть прерывистым и сложным, поэтому самец нередко двигается зигзагообразно, расширяя зону поиска при потере сигнала и сужая её при усилении запаха.

Второй инструмент — зрение. Самки удильщиков периодически используют эску для привлечения добычи, и эти вспышки света видны на расстоянии. Крупные глаза самца содержат преимущественно палочковые фоторецепторы, настроенные на улавливание крайне слабых световых стимулов в сине-зелёной части спектра, характерной для биолюминесценции глубоководных организмов. Обнаружив световую вспышку, самец корректирует курс и направляется к источнику, сочетая визуальную навигацию с химической.

Момент прикрепления

Обнаружив самку, самец бросается к ней и захватывает зубами её тело. У разных видов церациевидных удильщиков зона прикрепления различается: самец может вцепиться в кожу самки в области брюха, бока или основания хвостового стебля. Зубы самца загнуты внутрь, подобно крючкам, и после захвата он физически не способен разжать челюсти самостоятельно — такая конструкция исключает случайное отсоединение.

В течение нескольких часов после укуса происходит первый этап интеграции. Края рта самца и кожа самки в месте контакта начинают срастаться: эпителиальные клетки обоих организмов мигрируют навстречу друг другу, формируя непрерывный покров. Губы самца буквально растворяются в ткани самки, и граница между двумя телами постепенно исчезает. На этом этапе самец ещё сохраняет собственные кровеносные сосуды и органы, но уже не может оторваться.

Затем наступает второй, более глубокий этап. Кровеносные капилляры самца прорастают в ткани самки и соединяются с её сосудистой сетью. Формируются анастомозы — прямые переходы между артериальными и венозными руслами двух организмов. С этого момента кровь самки, несущая кислород и питательные вещества, начинает циркулировать через тело самца. Его собственная пищеварительная система теряет функциональный смысл и начинает деградировать. Самец перестаёт быть самостоятельным организмом в метаболическом смысле: он становится зависим от кровоснабжения самки точно так же, как любой её собственный орган.

От рыбы к придатку

После установления общего кровообращения тело самца начинает стремительно редуцироваться. Процесс занимает от нескольких недель до нескольких месяцев в зависимости от вида и условий. В первую очередь атрофируются органы, которые больше не нужны: глаза мутнеют и рассасываются, обонятельные капсулы деградируют, плавники укорачиваются и исчезают. Пищеварительный тракт — пищевод, желудок, кишечник — утрачивает структуру и превращается в рудиментарный тяж. Жабры самца могут частично сохраняться для дополнительного газообмена, но основная нагрузка по снабжению кислородом ложится на кровеносную систему самки.

Что остаётся неизменным и функциональным — это гонады, репродуктивные железы самца. Они сохраняют способность производить жизнеспособные мужские половые клетки на протяжении всей оставшейся жизни самки. По сути, самец редуцируется до пары репродуктивных органов, подключённых к кровотоку самки. Его сердце продолжает биться, поддерживая локальную циркуляцию, но вся остальная физиология подчинена единственной задаче: быть готовым к нересту в любой момент, когда самка решит выметать икру.

У некоторых видов, например у представителей семейства Caulophrynidae, на одной самке одновременно прикрепляются несколько самцов. В научной литературе описаны экземпляры с шестью и даже восемью самцами на теле одной самки. Каждый из них проходит полный цикл редукции независимо от остальных, и самка несёт на себе целый «гарем» из рудиментарных придатков, каждый из которых обеспечивает её генетическим материалом.

Нерест и продолжение рода

Когда самка удильщика готова к размножению, она вымётывает икру. У церациевидных удильщиков икринки заключены в студенистую ленту или пласт, который может достигать нескольких метров в длину у крупных видов. Эта лента дрейфует в толще воды, и заключённые в неё икринки развиваются в течение определённого времени. Прикреплённый самец в момент нереста выделяет мужские половые клетки, которые соединяются с икринками непосредственно при их выходе из тела самки. Слияние гамет, таким образом, происходит наружно, но благодаря постоянному присутствию самца оно гарантировано с почти абсолютной надёжностью.

Количество икринок в одной кладке может достигать сотен тысяч, что компенсирует высокую смертность личинок в открытом океане. Вылупившиеся личинки удильщиков проходят стадию пелагического развития, поднимаясь в верхние слои воды, где больше пищи и меньше хищников, чем на глубине. По мере роста они постепенно опускаются всё глубже, пока не достигнут взрослых глубин обитания. На этом этапе самцы и самки ещё не различаются по размеру и морфологии. Половой диморфизм проявляется позже, когда самцы, достигнув зрелости, перестают расти и переключаются на поиск самки.