«Нашей целью было разработать искусственное оплодотворение как инструмент, который можно было бы использовать для поддержки и поддержания здоровых воспроизводящихся популяций акул в аквариумах», – говорит Джен Виффелс, ведущий автор статьи, проводившая исследование для этой статьи с Юго-Восточным зоопарком. Альянс за воспроизводство и сохранение, в настоящее время работает исследователем в Университете Делавэра.
«Перемещение целых животных из одного аквариума в другой для спаривания обходится дорого и может вызвать стресс у животного, но теперь мы можем просто перемещать гены через сперму», – говорит Кевин Фельдхейм, исследователь из Чикагского музея поля и соавтор книги исследование, которое провело анализ ДНК новорожденных акул, чтобы определить их отцовство.
Выяснить происхождение акул может быть непросто, потому что воспроизводство акул не всегда прямолинейно. У некоторых видов самки акулы могут хранить сперму в течение нескольких месяцев после спаривания и используют ее для оплодотворения «по требованию», поэтому отец новорожденной акулы не обязательно является самцом, с которым мать недавно контактировала. Некоторые акулы-самки способны к размножению вообще без самцов, этот процесс называется партеногенезом.
В партеногенезе яйцеклетки самки могут объединяться друг с другом, создавая эмбрион, который содержит только генетический материал от матери.
Чтобы изучить воспроизводство акул, исследователи сосредоточились на бамбуковых акулах с белыми пятнами. «Когда люди думают об акулах, они представляют себе больших белых, тигровых и бычьих акул – больших, страшных и харизматичных», – говорит Фельдхейм. "Бамбуковые акулы с белыми пятнами – крошечные, около трех футов в длину. Если вы идете в аквариум, они обычно просто отдыхают на дне.«Но в то время как мягкость и небольшой размер бамбуковых акул делают их маловероятными кандидатами на голливудскую славу, эти качества делают их идеальными для исследователей, пытающихся искусственно оплодотворить.
Перед попыткой искусственного оплодотворения исследователи должны убедиться, что потенциальные матери еще не имеют сперматозоидов с предыдущего рандеву. «Самок-кандидатов отделяют от самцов, и за яйцами, которые они откладывают, следят, чтобы убедиться, что они бесплодны», – говорит Виффельс.
Акулы-откладывающие яйца регулярно откладывают яйца по регулярному графику, так же, как и куры, говорит Вайффелс, до такой степени, что их прозвали "морскими цыплятами".«Чтобы определить, являются ли яйца бесплодными, ученые направляют подводный свет через кожаные прямоугольные ящики для яиц (так называемые« кошельки русалки »), чтобы увидеть, есть ли на желтке извивающийся эмбрион. Если оплодотворенных яиц нет в течение шести и более недель, акула готова к осеменению.
Ученые собрали и проанализировали 82 образца спермы 19 акул, чтобы определить разницу между хорошими и плохими образцами.
Некоторые из хороших образцов отправлялись ближайшим самкам для осеменения, в то время как другие хранились в холоде и отправлялись по стране и по всей стране. Как только сперма достигла аквариума Рипли в Смоки или аквариума Тихого океана, где ждала самка, исследователи вводили ей успокоительное и помещали сперму в ее репродуктивный тракт – процедура заняла менее десяти минут. Всего в рамках исследования осеменено 20 самок.
Детские акулы вылупились из оплодотворенных яиц через 4 месяца инкубации. «Птенцы размером с вашу руку, и у них есть характерные пятна, которые помогают отличить их друг от друга», – говорит Вайффельс.
Образцы тканей были взяты у всех младенцев вместе с их родителями, поэтому Фельдхейм мог проанализировать их ДНК в Притцкеровской лаборатории молекулярной систематики и эволюции Полевого музея.
Фельдхейм разработал набор генетических маркеров для определения отцовства. «Мы секвенировали ДНК и нашли участки, в которых код повторяется», – говорит Фельдхейм. "Эти повторяющиеся фрагменты кода служат в качестве подписей, и когда мы видим их у младенцев, мы сравниваем их с потенциальными отцами.«Команда обнаружила, что свежесобранная сперма эффективна для оплодотворения яйцеклеток у 27 человек.6% случаев; сперма, которая хранилась в холодильнике в течение 24 или 48 часов, имела 28.1% и 7.1% успеха соответственно. В ходе генетического анализа потомства команда также обнаружила два случая партеногенеза, когда мать воспроизводила себя самостоятельно без использования спермы, которой она была оплодотворена. «Эти случаи партеногенеза были неожиданными и помогают проиллюстрировать, насколько мало мы знаем об основных механизмах полового размножения и развития эмбрионов у акул», – говорит Вайффельс.
На основе этих предварительных результатов ученые надеются помочь аквариумам расширять свои программы разведения акул и управлять ими. "Были и другие сообщения об искусственном оплодотворении акул, но они включают очень мало самок. В этом исследовании мы используем двузначные числа, и в результате мы могли бы изучить различные методы подготовки и сохранения спермы для осеменения », – говорит Вайффельс. "И детеныш от родителей-акул, которые живут почти в 3000 милях от сперматозоидов, собранных за несколько дней до этого, это определенно первый."
«Одна из целей этого пилотного проекта заключалась в том, чтобы просто посмотреть, работает ли он», – говорит Фельдхейм. "Теперь мы можем распространить его на других животных, которым действительно нужна помощь в разведении, от других видов в аквариумах до акул, находящихся под угрозой в дикой природе."
Исследователи также отмечают, что если подобные исследования будут способствовать сохранению акул в дикой природе, во многом это будет связано с аквариумами. «Мы бы не узнали о партеногенезе у акул, если бы не аквариумы», – говорит Фельдхейм.
«Аквариумы позволяют наблюдать за одними и теми же животными с течением времени, а это очень сложно сделать в дикой природе», – говорит Вайффелс. "Аквариумисты наблюдают за своими животными каждый день. Они улавливают тонкие изменения в поведении, связанные с воспроизводством, и рассказывают нам о том, что видят. Подобные исследования зависят от этого сотрудничества.
Мы уже используем то, что узнали из этого исследования, и применяем его к другим видам, особенно к песчаной тигровой акуле, охраняемому виду, который нечасто размножается в аквариумах."
Это исследование было проведено исследователями из Юго-Восточного альянса зоопарков по воспроизводству и сохранению в сотрудничестве с Тихоокеанским аквариумом, аквариумом Рипли Смоки, Флоридским аквариумом, Приключенческим аквариумом и Полевым музеем.