Ślimaki nagoskrzelne mają kolczaste penisy jednorazowego użytku, którymi usuwają plemniki rywala ze swojej partnerki

Najpierw jednak system. Badano gatunek Chromodoris reticulata, urocze ślimaki nagoskrzelne znajdowane w tropikalnych i subtropikalnych wodach zachodniego Oceanu Spokojnego. Jest pokazany na zdjęciu poniżej, gdzie widać także nagie skrzela, skąd jego nazwa. (Wszystkie zdjęcia i ich podpisy są z artykułu z 2013 r. Eda Yonga w „National Geographic”.)

Tutaj jest kopulacja między dwoma osobnikami; widać, że każdy z nich wsuwa cienki penis do żeńskich organów tego drugiego:

Penis pokryty jest skierowanymi do tyłu kolcami, które po kopulacji pokrywają splątane plemniki. Osobliwością tego gatunku jest to, że zachodzi autotomia: penis sam się amputuje około dwadzieścia minut po kopulacji i po prostu w ciągu jednego dnia osobnikowi wyrasta nowy, gotowy do kopulacji.

Autorzy nowej pracy poszli o krok dalej od morfologicznych obserwacji ważek i wcześniejszej pracy, cytowanej powyżej: dokonali genetycznej analizy usuniętych plemników.

Okazuje się, że choć wcześniejsze prace wyraźnie pokazywały, że takie penisy usuwają plemniki po kopulacji, nie było w pełni jasne, że te plemniki należały do samców, które kopulowały wcześniej. Choć takie usuwanie wyraźnie byłoby korzystne, dając temu, które je usuwa, więcej potomstwa niż miałby w innym wypadku, teza, że to właśnie działo się, była oparta na obserwacji ilości plemników w żeńskich częściach przed kopulacją i po jej zakończeniu. Byłoby lepiej spojrzeć na geny w plemnikach, żeby zobaczyć, czy ślimak nagoskrzelny usuwa plemniki innych samców.

I to właśnie zrobiła Sekizawa i jej koledzy. Włożyli ślimaki nagoskrzelne, które schwytali na wybrzeżu Okinawy, do akwariów i dali każdemu z nich trzech kolejnych partnerów dzień po dniu. Ustalili genetyczną budowę każdego partnera przy pomocy sześciu markerów mikrosatelitarnego DNA. Po każdej kopulacji usuwali plemniki przyczepione do kolczastego penisa i patrzyli na geny w plemnikach. To jest prosty pomysł, ale dokonanie takiej analizy jest ważne, żeby zobaczyć, co naprawdę się dzieje.  

Wyniki były kryształowo jasne: w 36 grudkach plemników zdjętych z penisów po kopulacji 28 miało geny ślimaków nagoskrzelnych, które zostawiły plemniki podczas wcześniejszych kopulacji. U niektórych znaleźli plemniki, które nie pasowały do żadnego ze ślimaków dostarczonych do kopulacji przez badaczy; mogły pochodzić z jeszcze wcześniejszych kopulacji w naturze. Znaleźli także kilka genów od samego partnera kopulacji, prawdopodobnie z kawałków tkanek, które przyczepiły się do kolczastego penisa. I w kilku wypadkach znaleźli plemniki z co najmniej dwóch poprzednich partnerów. 

To właściwie daje nam pełne zrozumienie tego zjawiska, przynajmniej w tym gatunku ślimaków nagoskrzelnych. Korzyść selekcyjna dla osobnika, który usuwa plemniki poprzedniego partnera, nie ulega wątpliwości: ma więcej potomstwa niż miałby w innym wypadku.

Pozostaje jedno pytanie: dlaczego te ślimaki amputują swoje penisy po każdej kopulacji? Autorzy sugerują odpowiedź (moje podkreślenie):

C. reticulata dokonują autotomii swojego penisa po każdej kopulacji (Sekizawa et al. 2013) i sądzi się, że autotomia penisa wyewoluowała, by skutecznie usuwać wszystkie plemniki z partnera. Wyjaśniliśmy w tym badaniu, że dawcy plemników usuwają wszystkie plemniki już nagromadzone w kopulacyjnych pojemnikach odbiorcy plemników przy pomocy skierowanych do tyłu kolców na penisie jako końcowy proces w kopulacji. Chociaż długi i kolczasty penis jest korzystny w usuwaniu obcych plemników po kopulacji, taki penis trudno jest wciągnąć z powrotem do ciała po kopulacji. A pokryte plemnikami, skierowane do tyłu kolce penisa nie usuną skutecznie obcych plemników przy następnej kopulacji, jak  taśma Velcro^TM. Ta morfologiczna i funkcjonalna niewygoda mogła spowodować, że C. reticulata rozwinęła tani i kruchy penis, i pozbywa się go, zamiast mieć solidny, ale kosztowny, nadający się do powtórnego użytku.  

Tylko dla zabawy: oto jak robią to ważki. Poniższa ilustracja, pokazująca penis ważki z grudką plemników, przypuszczalnie samca, który poprzednio kopulował z samicą, jest z artykułu Jona Waage. “sm” odnosi się do masy plemników na penisie, który także ma skierowane do tyłu kolce. Ta kolczasta morfologia i jej funkcja są niezwykłymi przykładami kowergentnej ewolucji w dwóch daleko spokrewnionych grupach, owadach i mięczakach. To zdjęcie pochodzi ze strony Jona Waage w Researchgate; Waage, obecnie profesor emeritus w Brown University, dokonał tego niezwykłego odkrycia 35 lat temu.

References:

Sekizawa, A. et al. 2013. 2013. Disposable penis and its replenishment in a simultaneous hermaphrodite. Biology Letters 9: 20121150. http://dx.doi.org/10.1098/rsbl.2012.1150

Sekizawa, A., S. G. Goto, and Y. Nakashima. 2019. A nudibranch removes rival sperm with a disposable spiny penis. Journal of Ethology 37:21-29.

Nudibranchs have single-use spiny penises that remove a rival’s sperm from its mating partner

Why Evolution Is True, 24 lutego 2019

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska