Гектокотиль осьминога отреагировал на прогестерон

Ученые из США, Швеции и Японии обнаружили, что самцы осьминогов находят самок по прогестерону. Они идентифицировали рецепторы к этому гормону, расположенные на гектокотиле самцов — щупальце, которое самцы используют для спаривания. Работа опубликована в журнале Science.

Осьминоги — территориальные одиночки и встречаются друг с другом нечасто. Они не образуют пар: во время сезона размножения самцы активно ищут самок и, если повезет, находят и оплодотворяют их. Чтобы произошло оплодотворение, самец должен доставить свои сперматофоры к яйцеводу самки внутри ее мантийной полости. Для этого он использует гектокотиль — видоизмененную руку, которая отличается от остальных: она короче, а присоски на ней меньшего размера и иногда — только на кончике. Неизвестно, как именно гектокотиль находит яйцевод внутри мантии самки. Поскольку другие щупальца осьминогов имеют хемотактильные рецепторы, благодаря которым находят пищу «на ощупь», гектокотиль, вероятно, тоже реагирует на какие-то химические вещества, выделяемые самками, однако до сих пор этого не проверяли.

Пабло Виллар (Pablo Villar) из Гарвардского университета и его коллеги из США, Швеции и Японии предположили, что роль такого вещества может играть прогестерон, ранее обнаруженный в яичнике, яйцеводах и гемолимфе самок другого вида — Octopus vulgaris. Здесь ученые исследовали малых четырехглазых осьминогов (Octopus bimaculoides): пары разделяли непрозрачной перегородкой с отверстием и наблюдали, как самец вводит гектокотиль в мантию самки — это происходило даже в полной темноте. Если перегородка разделяла двух самцов, попыток спаривания не было. Транскриптомный анализ тканей самки показал, что в яйцеводах экспрессируются ферменты, необходимые для синтеза прогестерона, а масс-спектрометрия показала, что там содержится и сам гормон. Изолированный гектокотиль самца реагировал на прогестерон нервной активностью и движением, но не реагировал на другие стероиды — эстрадиол или прегненолон. А когда вместо самки за перегородкой было несколько трубок, покрытых химическими раздражителями, осьминог исследовал ту, что была покрыта прогестероном.

Далее ученые исследовали присоски на гектокотиле и обнаружили, что они не отличаются от присосок на остальных щупальцах и тоже иннервированны, а значит — потенциально пригодны для хемотаксиса. Секвенирование РНК отдельных клеток обнаружило в эпителии мелких присосок на кончике гектокотиля популяцию нейронов, экспрессирующих хемотактильные и механорецепторы. Один тип хемотактильных рецепторов — CRT1 — реагировал на прогестерон, но не на прегненолон — предшественник всех остальных стероидов. Хотя хемотактильные рецепторы на других руках осьминогов реагируют на метаболиты жертв при охоте, этот на них не реагировал.

Чтобы выяснить, насколько универсален данный механизм, ученые сравнили сенсорные системы спаривания еще у трех видов моллюсков: осьминогов Octopus rubescens и Abdopus aculeatus и каракатицы Euprymna berryi, гектокотиль которой устроен немного иначе. Яичники всех видов экспрессировали ферменты синтеза прогестерона, а присоски на гектокотиле реагировали на него — хотя не у всех одинаково сильно. Гектокотиль Octopus rubescens реагировал также и на эстрадиол и тестостерон, хотя реакция была слабее. Авторы заключили, что чувствительность гектокотиля головоногих моллюсков к прогестерону консервативна, а к другим молекулам — нет. 

Тогда ученые исследовали рецептор CRT1 с помощью криоэлектронной микроскопии и сравнили его с хемотактильным рецептором другой руки осьминога, которая используется для охоты. Также они проанализировали 235 хемотактильных рецепторов от 30 видов головоногих и с помощью AlphaFold 3 предсказали структуру консенсусного (среднего) рецептора. Он имел консервативную и изменчивую части: последняя, вероятно, и обеспечила его эволюцию, сделав рецептор специализированным для распознавания половых стероидов. Кроме того, этим объясняется и различная реакция разных видов на разные стероиды.

Ранее ученые обнаружили, что осьминоги подвластны иллюзии резиновой руки. Их заставили поверить, что резиновое щупальце, находящееся поверх настоящего, — их собственное, и щипали его пинцетом, в результате чего осьминоги отдергивали настоящую руку или уплывали.