Лекция 03 Экологическая биология развития Влияние внешних условий на пол и на продолжительность жизни Лекции А. П. Перевозчикова

Факторы внешней среды, определяющие формирование пола у позвоночных (пресмыкающихся), могут действовать, через изменение баланса половых гормонов. Мужские половые гормоны - андрогены (тестостерон и ряд других) Женские половые гормоны - эстрогены. Показано что фермент P450 ароматаза, катализирующий превращение тестостерона в эстроген, у пресмыкающихся способен менять свою активность в зависимости от температуры окружающей среды. Температура инкубации яиц в последнюю треть развития пресмыкающихся (черепах, крокодилов, аллигаторов) является определяющей для формирования пола выводящихся из яиц животных.

Зависящее от температуры (инкубации яиц) определение пола у трех представителей класса пресмыкающихся: грифовая и красноухая черепахи и аллигатор.

Температуро-зависимая детерминация пола у ящериц, черепах и крокодилов

Корреляция между сотношением полов F/ (F+M) и температурой у рыбы Menidia menidia появляется и нарастает в более теплых водах ареала обитания.F-female (самка), M-male (самец)

У эхиуриды Bonellia (организма, обитающего на морском каменистом грунте) формирование пола происходит у личинки в зависимости от места её прикрепления к поддерживающей среде. При осаждении на скалистый грунт формируется самка (тело - 10 см, ротовой хоботок -proboscis -около метра), при осаждении на proboscis самки - формируется самец (1-3 мм длиной), который мигрирует по кишечнику и обитает в матке (или нефридии), оплодотворяя яйца)

У улитки- блюдечка Crepidula fornicata, новая особь, располагающаяся в колонии сверху - всегда самец. Затем мужская половая система дегенерирует и самец превращается в самку

Нематода Сaenorhabditis elegans, гермафродитная особь

Нематода Сaenorhabditis elegans, самец

Взаимосвязь пола и продолжительность жизни особи еще плохо изучены. Считается, что они могут быть связаны через функции, выполняемые в производстве потомства, которое требует весь спектров необходимых ресурсов для поддержания и роста организма. Этот спектр ресурсов часто называют «стоимостью репродукции», что обычно выражается в снижении продолжительности жизни скрестившихся животных, хотя существуют спорные моменты в расчете этой величины. Что касается нематоды C. elegans, то самец живет гораздо меньше, чем гермафродит. Сокращение срока жизни самца, участвовавшего в половом процессе, по-видимому, связано с расходами на производство спермиев, а не на поддержание физической активности. Это соображение подтверждается тем, что мутации, уменьшающие производство спермиев, увеличивают среднюю продолжительность жизни особей на 65% как самцов, так и гермафродитов. Можно предположить, что скорее сперматогенез, чем оогенез и физические затраты при спаривании – главный фактор снижения продолжительности жизни C. elegans.Это заключение противоречит устоявшемуся мнению, что производство больших ооцитов стоит гораздо больше, чем производство маленьких спермиев

Увеличение продолжительности жизни C. elegans экспериментальным уничтожением первичных половых клеток

Предполагаемый механизм увеличения продолжительности жизни выбором пути развития через дауэр-форму личинки C. elegans

У нематоды C. elegans было охарактеризовано более 40 генов, чьи мутации ведут к увеличению продолжительности жизни и к возрастанию устойчивости к повреждающим воздействиям окислительного стресса. Мутации генов, участвующих обеспечении сигнального пути от инсулин-подобного ростового фактора, таких как age-1 и daf-2, увеличивали продолжительность жизни и повышали содержание в организме ферментов-антиоксидантов: каталазы и супероксид- дисмутазы. Максимальная и средняя продолжительности жизни C. elegans могут быть также увеличены под действием синтетических миметиков каталазы и супероксид-дисмутазы. Эти вещества действуют, по- видимому, повышая устойчивость к повреждающим воздействием оксидантов (в эксперименте). Их протективное действие выражено как в ходе развития червы, так и во взрослом состоянии и не связано с сигнальным путем инсулина.

Клото (Klotho) ген, найденный у мыши и у человека, связан по мнению д-ра Makoto Kuro-o со старением. Стимуляция этого гена способна приводить к задержке старения, в виде хрупкости костей, тромбоза артерий и дряхлости мышц. Д-р Kuro-o с сотрудниками открыл этот ген в 1997 г. и назвал его по имени одной из греческих богинь судьбы, следящих за сроком жизни человека. Исследования показали, что мышь, мутантная по гену Klotho, нормально развивается достигая возраста 3-4 недель, а затем у неё быстро развиваются признаки старости, такие как дряблость кожи, остеопороз, артериосклероз и эмфезема. Такие мыши умирает в возрасте 2-х месяцев.

Ген Klotho кодирует новый одно-проходной мембранный белок, чей внеклеточный домен отщепляется и секретируется из клеток. Рабочая гипотеза предполагает, что:1) ген Klotho действует как «супрессор старения»; 2) белок Klotho функционирует как гормон против старения; 3) Klotho взаимодействует с гипотетическим рецептором на клеточной поверхности и передает сигнал, приводящий в конечном счете к подавлению процессов старения. Понимание функций гена Klotho прольет свет на молекулярную природу старения.

Ученые создали поколение мышей, у которых ген Klotho, продуцирует гораздо больше соответствующего белка, чем нормальная мышь. Мыши этой группы живут в среднем на 19-31% дольше, чем обычные мыши. Белок Klotho обнаружен у различных видов млекопитающих. У мышей он циркулирует в крови как гормон и взаимодействует с клетками Особенно интересно проверить как этот белок связан с инсулином, поскольку животные, устойчивые к инсулину живут гораздо дольше обычных – феномен, обнаруженный у нематод, мух и мышей. Вместе с тем, если действительно Klotho увеличивает продолжительность жизни, действуя через инсулиновый путь, то тогда у долго живущих организмов будет большая угроза развития диабета.