Samec morských koníkov vynosí potomstvo, pričom počas celého tehotenstva vytvára pre embryá vhodné prostredie v inkubačnom vaku.
Inkubačný vak preberá pri samcoch morských koníkov funkciu maternice a placenty. Zdroj: iStock.com/diegograndi
V prírode to bežne funguje tak, že mláďatá vynosí samica. Pri niektorých živočíchoch sa však vyskytuje jav, keď si rodičia úlohy vymenia. Vzácnym prípadom sú aj morské koníky. V ich prípade samec vajíčka nielen vynosí, ale vytvára pre embryá prostredie, ktoré sa podobá maternici, a napokon ich „porodí“.
Ako celý proces prebieha? Samica najprv nakladie vajíčka do špeciálneho inkubačného vaku na bruchu samca, kde sú potom vajíčka oplodnené jeho spermiami. Embryá zostávajú v inkubačnom vaku. Živiny a kyslík získavajú z tela otca až do okamihu, kým sa mladé morské koníky nenarodia živým pôrodom (vivipáriou).
Čo umožňuje výmenu úloh?
Nemecko-čínsky výskumný tím pod vedením evolučného biológa Axela Meyera z Univerzity v Konstanzi v spolupráci s Liou Ja-li a Lin Čchiangom z Inštitútu oceánografie Juhočínskeho mora v Kantone skúmal genetické a bunkové mechanizmy, ktoré umožňujú výmenu úloh oboch pohlaví. Narazili pritom na nezvyčajné hormonálne procesy a jedinečné stratégie imunitnej tolerancie, ktoré tento evolučný vývoj umožnili.
Inkubačný vak – evolučná novinka
Z evolučného hľadiska je inkubačný vak jedinečnou inováciou a s ním aj „samčie tehotenstvo“. Inkubačný vak preberá pri samcoch morských koníkov funkciu maternice a placenty.
V priebehu tehotenstva sa jeho tkanivo mení a vytvára štruktúru, ktorá pripomína placentu samíc cicavcov. Tento proces je v podstate porovnateľný s tvorbou placenty pri gravidných cicavcoch.
Vedci pomocou porovnávacích genomických metód založených na analýze RNA na bunkovej úrovni skúmali, ako tento proces funguje. Bunky a bunkové signály, ktoré tvoria placentu cicavcov, porovnali s bunkami a signálmi v samčom plodovom vaku morských koníkov.
Pri ostatných prípadoch živorodosti zohrávajú samičie hormóny kľúčovú úlohu pri telesných zmenách počas tehotenstva a vo vývoji embryí. Ako však Axel Meyer a jeho tím zistili, „samčie tehotenstvo“ morských koníkov prebieha prekvapujúco bez prítomnosti typických samičích hormónov.
„Naše výskumy potvrdili, že namiesto klasických samičích hormónov zohrávajú androgény – teda živočíšne samčie a mužské pohlavné hormóny – kľúčovú úlohu vo vývoji embryí v inkubačnom vaku,“ objasnil Axel Meyer. „Androgény vyvolávajú zhrubnutie a tvorbu ciev v kožnej vrstve v brušnej oblasti, čím vzniká štruktúra podobná placente cicavcov. Tu sa ukazuje zaujímavý rozdiel v porovnaní s vývojom samičej maternice cicavcov vrátane človeka, ktorý je typicky riadený ženskými hormónmi.“
Nezvyčajná imunotolerančná stratégia
Rovnako prekvapujúci je pohľad na imunitný systém. Pri živom pôrode je potrebné zabezpečiť, aby imunitný systém matky, v tomto prípade „tehotného“ samca, nevnímal embryá ako cudzorodé telesá a neodmietol ich. Toto zvyčajne zabezpečuje gén foxp3, ktorý je kľúčový pre imunitný systém mnohých živorodých druhov. Samcovi morského koníka tento gén v tehotenstve chýba.
Napriek tomu nedôjde k autoimunitnej reakcii, pre ktorú by telo samca embryo odvrhlo. Axel Meyer sa domnieva, že ide o nezvyčajnú imunotolerančnú stratégiu morských koníkov, pri ktorej by mohli zohrávať významnú úlohu samčie hormóny.
„Androgény majú často imunosupresívny účinok, teda potláčajú imunitnú obranu. Toto by mohlo prispievať k jedinečnej imunitnej tolerancii.“
Pozrite si
Pohľad na evolúciu
Genetické a bunkové špecifiká inkubačného vaku ponúkajú zaujímavý pohľad na evolučný vývoj od vajcorodých druhov k živorodým. „Rôzne evolučné štádiá v rámci čeľade Syngnathidae, morských koníkov, z nich robia vynikajúci model na pochopenie vývoja od ovipárie (vajíčkovitého rozmnožovania) ich predkov k vivipárii (živorodeniu).“
Odborníci sa domnievajú, že prvým krokom bol vývoj „lepkavých vajíčok“, ktoré priliehali k telu samca – vtedy ešte bez inkubačného vaku. Ďalším evolučným krokom bol vývoj inkubačného vaku samca, ktorý vajíčka prijíma, chráni a zásobuje živinami.
„Vďaka našim výskumom teraz lepšie chápeme genetické, molekulárne a bunkové mechanizmy, ktoré sú základom pozoruhodného evolučného vývoja – ako sa tehotenstvo samíc cicavcov a samcov morských koníkov vyvíjalo opakovane, no rôznymi genetickými a hormonálnymi cestami,“ uzatvoril Axel Meyer.
Zdroj: Universität Konstanz
(zh)
