Внутриутробное развитие: от червей до зверей

Вынашивают своих детёнышей не только млекопитающие– у многих членистоногих, червей и моллюсков эмбрионы развиваются прямо в организме матери, напрямую получая от неё питательные вещества.

Вынашивание эмбриона в организме матери, когда он живёт за счёт её ресурсов, стало большим эволюционным шагом вперёд. Конечно, можно сказать, что развитие зародыша в яйце или в икринке тоже происходит за счёт родителя: ведь запас питательных веществ здесь всё равно создаётся материнским организмом. Однако икринка и яйцо, покинув организм самки, становятся во многом предоставлены своей судьбе, даже если родители заботятся о кладке. Если же эмбрион растёт внутри родительского тела, и если, что важно, при этом между ним и матерью образуется тесный контакт, то это даёт и защиту, и сбалансированные физиологические условия, и прямой транспорт «еды».

Когда мы говорим о таком способе эмбрионального развития, то обычно вспоминаем млекопитающих, у которых питание зародыша осуществляется через специальный орган – плаценту. Она соединяет циркуляционные системы плода и матери, с её помощью происходит снабжение эмбриона не только питательными веществами, но и кислородом; соответственно, удаление продуктов обмена происходит тоже с помощью плаценты. Кроме того, она помогает согласовывать работу иммунных систем: пропуская антитела матери к ребёнку, она всё же не даёт возникнуть иммунным конфликтам между плодом и материнским организмом.

Плацента есть не у всех зверей, многие сумчатые её лишены, не говоря уже о представителях однопроходных – утконосе и ехиднах. С другой стороны, она есть у некоторых живородящих хрящевых рыб (к которым относятся акулы, скаты и химеры), онихофор и ещё у некоторых групп животных. Учитывая преимущества, которые даёт плацента, можно было бы ожидать, что в эволюции будет немало попыток освоить такой способ заботы об эмбрионе. И, как показали исследования сотрудников Санкт-Петербургского государственного университета, таких попыток было даже больше, чем ожидалось.

Правда, стоит сразу сказать, что в работе Андрея Островского, Александра Ересковского и их коллег из Австрии, США и Новой Зеландии речь идёт не столько о плацентарном способе вынашивания, сколько о матротрофии – так называют ситуацию, когда зародыш питается за счёт родительского тела. Формирование плаценты – лишь одно их конструктивных решений такой задачи, хотя и очень удачное.

В статье, опубликованной в Biological Reviews, авторы пишут, что матротрофия существует у 21 типа животных из 34 известных. В ходе эволюции такой способ заботы о зародыше возникал более 140 раз, причём и у беспозвоночных животных – так, плоских червей с матротрофией оказалось даже больше, чем млекопитающих. И, хотя примеры прямого питания развивающегося эмбриона за счёт материнского организма у представителей различных групп беспозвоночных не раз были описаны ранее, никто не мог и представить, насколько широко это распространено.

Матротрофия есть у насекомых, ракообразных, моллюсков, червей (в том числе и паразитических), иглокожих, мшанок и многих других. В некоторых случаях прямые «поставки» питательных веществ только дополняет «желточное питание», в некоторых – полностью замещает его. Механизмы здесь могут быть самыми разнообразными (хотя, безусловно, все они уступают по эффективности плаценте зверей). Часто между зародышем и родительским организмом образуется что-то, похожее на плацентарные контакты – так происходит развитие эмбриона у многих насекомых, скорпионов, плоских червей, пиявок. Бывает, что питательные вещества поступают в зародыш не по каким-то специальным структурам, а прямо через его покровы, из околоплодной жидкости (так бывает у ракообразных и двустворчатых моллюсков). У мух и скорпионов есть особые внутриматочные железы, которые выделяют для эмбриона своеобразное «молоко». Есть виды с эмбриональным каннибализмом – когда быстро созревшие зародыши прямо в организме матери поедают тех, кто находится на более ранних этапах развития (у некоторых морских звезд и брюхоногих моллюсков). Наконец, у круглых червей зародыш просто поедает ткани матери.

Вопросов, которые поставило данное исследование, куда больше, чем ответов. Если матротрофия много раз возникала у неродственных групп животных, то какие особенности физиологии, жизненных циклов и условий существования могли обеспечить ее появление? Выше мы говорили о преимуществах внутриутробного питания, но ведь икрометание и откладывание яиц не сошли со сцены, масса видов продолжают размножаться таким способом. У наземных видов был мощный аргумент в польщу внутриутробного развития – они сменили среду обитания. На суше икру просто так не оставишь, ты должен или вернуться для этого к воде, или обеспечить яйцо более совершенными оболочками (как рептилии, птицы и наземные членистоногие), или – да, перейти к вынашиванию эмбриона в самом себе. Но матротрофия и живорождение есть и у целиком водных животных. То есть во многих случаях преимущества такого способа размножения нужно оценивать отдельно, подробно рассматривая экологию и эволюционную историю конкретного вида или группы видов, что делает этот вопрос особенно сложным, но в то же время и интригующим.

По материалам СПбГУ