как определить пол насекомого

Половая система насекомых

Половая система насекомых – это совокупность органов, отвечающих за размножение. Размножение – это способность воспроизводить идентичных себе особей, присущая всем живым организмам и предназначенная для сохранения вида.

Пример полового диморфизма у клопов

Пол у насекомых. Отличия между представителями полов

Как правило, насекомые раздельнополы, то есть среди них имеются самцы и самки. Притом у Insecta нередко бывает сильно выражен половой диморфизм – внешние отличия между представителями разных полов. Размеры тела, усиков, наличие крыльев, окраска и другие особенности могут быть признаками диморфизма. [1] (фото)

Классический пример – «рога» у жуков-носорогов и жуков-оленей, присутствующие у самцов и отсутствующие у самок. У жуков-плавунцов другое отличие: у самцов надкрылья гладкие, а у самок рельефные, ребристые. У самцов большинства прямокрылых имеются звуковые органы, поэтому они способны издавать стрекот, а у самок их нет. Самцы насекомых обычно более активны и подвижны, а самки нередко ведут скрытный образ жизни. [1]

В ряде случаев отличия между полами минимальны, что часто встречается у бабочек, и в этом случае распознать пол насекомого можно только путем изучения строения его половых органов. [1]

Некоторые насекомые являются гермафродитами. Например, муха Termitoxenia, обитающая в термитниках, имеет и мужской, и женский половой аппарат, притом в мужском сперматозоиды вырабатываются только в молодом «возрасте» насекомого. А в Калифорнии водятся червецы ицерии (Icerya purchasi), среди которых 1-2% являются самцами, а остальные 98-99% самками. Интересно, что у «самок» имеются и мужские половые органы, которые при отсутствии «настоящих» самцов начинают функционировать. Таким образом, эти червецы способны к самооплодотворению. [4] У ряда палочников, тлей и других насекомых, у которых самцы встречаются в 1000 и более раз реже самок, размножение большей частью происходит путем партеногенеза. [5]

строением полового аппарата» />

строением полового аппарата

Ephemeroptera – насекомые с примитивным

строением полового аппарата

строением полового аппарата» />

Развитие половой системы

На ранних стадиях эмбриогенеза самцы и самки имеют похожее строение половых органов. Они состоят из парных гонад, пары отходящих от них протоков, затем сливающихся в единый канал, и полового отверстия. Половые железы (гонады) разделены на фолликулы – специальные мешочки, в которых будут развиваться клетки. [1]

В дальнейшем органы специализируются по гендерному признаку, приобретая черты строения, специфические для мужской половой системы и женской половой системы.

Как правило, половое отверстие находится перед анальным сзади от девятого стернита брюшка, у самок оно также иногда находится на VIII стерните. [1]

Судя по всему, в исходном состоянии от каждой гонады отходил проток, открывающийся на поверхности тела собственным отверстием, и лишь затем протоки объединились внутри тела. Такую догадку энтомологи высказывают в связи с тем, что у ряда примитивных насекомых, например, поденок (Ephemeroptera) (фото), имеются два половых отверстия. [1]

Брачное поведение насекомых

Как и у многих других живых организмов, у насекомых существуют определенные ритуалы, предшествующие спариванию. Ухаживания и другие церемонии могут длиться у них от нескольких секунд, как у ряда мух (видео) до нескольких часов и даже дней.

Самки, как правило, ведут себя более пассивно; их наиболее распространенный инструмент «соблазнения» – это выделение в воздух феромонов, пахучих веществ, привлекающих самцов. В остальном же их брачное поведение заключается в выражении согласия или несогласие на спаривание с «кандидатами». [5]

Самцы же обычно действуют очень активно. Они стрекочут, демонстрируют избранницам навыки полета, как бабочки, сражаются друг с другом, как жуки-олени или жуки-носороги, светятся и предпринимают другие не менее затейливые способы заслужить доверие самок. Например, сеноеды сообщают им о своих намерениях, потирая друг о друга ногами и при этом издавая тихий скрипучий звук, жуки-чернотелки стучат брюшком о субстрат, а точильщики в своих ходах методично бьются головой о дерево. [5]

Некоторые насекомые очень тщательно готовятся к размножению, например, заранее строят дом, в котором поселится новая «семья». Так, жуки короеды прогрызают в дереве особую расширенную входную полость – брачную камеру. Затем в нее приходят несколько самок и начинают строить маточные ходы, расходящиеся в разные стороны от этой камеры. [3]

Передача сперматофора у

1 – процесс передачи,

2 – сперматофор под брюшком у самки

Процесс спаривания

Перейдя в стадию имаго, большинство насекомых сразу или практически сразу приступают к размножению. При прямом контакте самец передает самке семенную жидкость, которая поступает в семяприемник и хранится там до момента откладки яиц. Во время откладывания яйца смачиваются семенной жидкостью, сперматозоиды проникают в них и оплодотворяют.

Процесс копуляции может длиться разное время. Интересно, что некоторые насекомые в таком «склеенном» виде могут вести практически обычную жизнь: ходить, питаться, даже летать! [4]

После спаривания насекомые, как правило, расстаются. Хотя, например, жуки-геркулесы мало того что спариваются 48 часов кряду, потом они еще такое же время остаются неразлучны: самец охраняет самку, чтобы «конкуренты» не оплодотворили ее повторно. А некоторые вообще не отпускают своих партнеров: как всем известно, самки некоторых богомолов откусывают самцам, с которыми они спаривались, голову и поедают их. [4] Чтобы избежать такой судьбы, некоторые богомолы при помощи специальных желез продуцируют белые пакетики, состоящие из питательных компонентов, и предлагают самкам такие «подарки» взамен своей головы. [4]

Единственные представители Insecta надолго остаются вместе по обоюдному согласию. Это царицы термитов и их «мужья», которые могут вместе прожить до 15 лет. [5]

Большинство насекомых, хоть и не все, полигамны. А у некоторых это буквально доходит до абсурда. Так, только что родившиеся самки в муравейнике начинают беспорядочно спариваться со всеми самцами, которых только видят. В результате одна самка может накопить генетический материал от нескольких сотен самцов. [5]

Если самцы изготавливают сперматофоры (это чаще встречается у примитивных насекомых и клещей), процесс размножения протекает несколько иначе. Они разбрасывают флаконы со сперматозоидами по субстрату, и самки подбирают их своими половыми придатками. Нередко самцы помогают им это делать. Например, у самцов гамазовых клещей на хелицерах имеются специальные выросты (спермодактили) или отверстия, при помощи которых они переносят сперматофоры в генитальное отверстие самок. [2] Иногда передача сперматофора выглядит как обычный процесс спаривания, только семенная жидкость передается самке в капсуле. [4] (фото)

После спаривания происходит откладывание оплодотворенных яиц. [4]

В том случае, когда насекомое является гермафродитом или когда происходит размножение партеногенезом, спаривания у самца и самки не происходит, яйца откладываются неоплодотворенными. [4]

Воспроизводство потомков сопровождается тем, что организм индивида расходует собственные резервы, необходимые для поддержания его жизнедеятельности. Все ресурсы тратятся на производство спермиев и яиц, что приводит к истощению. Поэтому размножение у насекомых либо проявляется необходимостью дополнительного питания у самок, либо заканчивается их гибелью. [3]

Источник

Универсальный метод определения пола у будущих бабочек разработали в Новосибирске

«Для чего нужно определять пол насекомых? Например, чтобы регулировать количество вредителей, в частности непарного шелкопряда — врага лесных насаждений по всему миру. Численность этих насекомых зависит от соотношения полов: если самок рождается много, то через два-три года можно ожидать вспышки размножения. Поэтому хорошо бы иметь препарат, который не только подавляет популяцию, но и снижает процентное соотношение самок. У всех животных особи женского и мужского отличаются физиологически, насекомые — не исключение, поэтому такое избирательное воздействие возможно», — объясняет соавтор исследования научный сотрудник Института систематики и экологии животных СО РАН кандидат биологических наук Ирина Анатольевна Белоусова.

Как известно, насекомые особенно вредят растениям будучи личинками — именно против них направлено большинство разрабатываемых препаратов. Но тут возникает сложность: если во взрослом состоянии, которое у бабочек называется имаго, пол определить достаточно просто, то личинки чешуекрылых имеют схожие морфологические особенности, и на глаз отличить их нельзя. Сибирские биологи разработали метод определения пола личинок по количеству гена, который содержится в их половых хромосомах.

Система половых хромосом у насекомых обратна человеческой: если у людей две хромосомы X означают женский пол, а X и Y — мужской, то у чешуекрылых особи, обладающие двумя хромосомами Z, — это самцы, а Z и W — самки. Ученые с помощью ПЦР смотрят в образце количество гена kettin, содержащегося в Z-хромосоме. В пересчете на остальные хромосомы получается, что этого гена у самцов в два раза больше, чем у самок.

«Метод ПЦР сейчас используют во всех лабораториях, анализ делается просто и быстро. Кроме того, наш способ универсальный, — говорит Ирина Белоусова. — Обычно пол определяют по отличительному гену W-хромосомы, но она содержит много мобильных элементов и повторов, то есть всегда отличается у разных видов. Хромосома Z консервативна, поэтому ее гены универсальны для всех чешуекрылых. При этом в качестве маркера можно выбрать любой ген, специфичный для Z-хромосомы», — рассказывает Ирина Белоусова.

Ученые провели два исследования, чтобы подтвердить достоверность метода. Сначала в ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» с помощью компьютерного моделирования проанализировали все геномы и транскриптомы, которые секвенированы на данный момент у 56 видов чешуекрылых (информация была взята из базы данных Национального центра биотехнологической информации США). Затем в ИСиЭЖ СО РАН метод протестировали in vitro на трех видах — непарном шелкопряде, вощинной огнёвке и капустной моли.

Простой и универсальный метод определения пола у личинок чешуекрылых нужен был ученым не сам по себе, а для решения более масштабных задач. Лаборатория экологической физиологии ИСиЭЖ СО РАН, в которой работает Ирина Белоусова, на непарном шелкопряде изучает вертикальную передачу латентных вирусных инфекций, то есть распространение вируса из поколения в поколение. Для того чтобы знать, как передается инфекция от родителей потомству, нужно на любом этапе развития особи уметь определять ее пол.

«У непарного шелкопряда в популяции есть латентный вирус. Он интересует нас, во-первых, в связи с всё той же разработкой новых методов борьбы с вредителями. Препарат, который мог бы вызывать болезнь, будет экологически безопасным: вирус поражает только этот вид насекомых, и снижает численность вредителя только до фонового значения, полностью не уничтожая, — рассказывает Ирина Белоусова. — Во-вторых, мы хотим понять механизмы вертикальной передачи. Латентных форм вирусных инфекций в мире вообще не так много, у человека к ним относятся такие опасные заболевания, как герпес и ВИЧ. Поскольку у всех вирусов есть общие тенденции эволюционного развития, то данные по инфекции, которую мы изучаем, в будущем могут быть ценными для вирусологии вообще»Источник

Источник

Генетика пола

Генетика является одной из самых прогрессивных наук естествознания. Ее достижения изменили естественнонаучное и во многом философское понимание явлений жизни. Роль генетики для практики селекции и медицины очень велика. Значение генетики для медицины будет возрастать с каждым годом, ибо генетика касается самых сокровенных сторон биологии и физиологии человека. Благодаря генетике, ее знаниям, разрабатываются методы лечения ряда наследственных заболеваний, таких, как фенилкетонурия, сахарный диабет и другие. Здсь медико-генетическая работа призвана облегчить страдания людей от действия дефектных генов, полученных ими от родителей. Внедряются в практику приемы медико-генетического консультирования и прентальной диагностики, что позволяет предупредить развитие наследственных заболеваний.

Морфологические и физиологические признаки, по которым производится специфическое разделение особей, называется половым.

Признаки, связанные с формированием и функционированием половых клеток, называется первичными половыми признаками. Это гонады (яичники или семенники), их выводные протоки, добавочные железы полового аппарата, копулятивные органы. Все другие признаки, по которым один пол отличается од другого, получили название вторичных половых признаков. К ним относят: характер волосяного покрова, наличие и развитие молочных желез, строение скелета, тип развития подкожной жировой клетчатки, строение трубчатых костей и др.

2.1. Генетические механизмы формирования пола.

Начало изучению генотипического определения пола было положено открытием американскими цитологами у насекомых различия в форме, а иногда и в числе хромосом у особей разного пола (Мак-Кланг, 1906, Уилсон, 1906) и классическими опытами немецкого генетика Корренса по скрещиванию однодомного и двудомного видов брионии. Уилсон обнаружил, что у клопа Lydaeus turucus самки имеют 7 пар хромосом, у самцов же 6 пар одинаковых с самкой хромосом, а в седьмой паре одна хромосома такая же, как соответствующая хромосома самки, а другая маленькая.

Источник

Как определить пол насекомого

Определение пола у бабочек и птиц

Раздел об определении пола у бабочек и птиц следует начать с небольшого отступления. В самом деле, мы только что выяснили способ определения пола у дрозофилы и у животных вообще и подчеркнули его подкупающую простоту и широкую распространенность в мире животных.

И вот мы снова встречаемся с очередной загадкой природы, с новым усложнением интересующего нас вопроса. Оказывается, все сказанное выше об определении пола по типу дрозофилы правильно, но за одним исключением: этот тип определения пола является в природе не единственным, общим для всех организмов. Наряду с ним существует еще один способ, или тип, определения пола, впервые открытый у бабочек, а затем у птиц и в том числе у домашней курицы. По имени насекомого, на котором этот тип определения пола был открыт впервые, он и носит название типа бабочек. Рассмотрим его особенности и отличия от типа дрозофилы. В качестве объекта для описания процесса возьмем кур: с ними читатель, несомненно, знаком ближе, чем с бабочками; да и в дальнейшем нам еще неоднократно придется иметь с ними дело.

Итак, в чем заключается отличие механизма определения пола у птиц и у дрозофилы?

У бабочек и птиц эти отношения диаметрально противоположны: у них привилегия продуцировать два типа половых клеток принадлежит самкам, вследствие чего половина откладываемых ими яиц (на самок) содержит одну половую хромосому, и половина яиц (на самцов) содержит другую, несходную с первой половую хромосому. У самцов же бабочек и птиц образуется один тип сперматозоидов. Следовательно, женский пол у них гетерогаметен, а мужской пол гомогаметен.

Однако, следуя имеющимся в литературе прецедентам, мы отступим от этого правила и в дальнейшем будем придерживаться единой системы обозначения половых хромосом, независимо от того, идет ли речь об определении пола по типу дрозофилы или по типу бабочек и птиц. Дело заключается не в том, какими буквами обозначать половые хромосомы двух сравниваемых групп организмов; важнее помнить, что в отличие от дрозофилы, у которой гетерогаметен мужской пол, у бабочек и птиц гетерогаметен женский пол и что у них пол зародышей устанавливается в процессе созревания яиц, т. е. еще до оплодотворения.

В то же время единая система обозначения половых хромосом для всех представителей мира животных, за исключением отмеченной полярности типов определения пола, несомненно, способствует более целостному и ясному их пониманию.

В соответствии с полярностью механизмов определения пола у дрозофилы и у птиц по-разному представляются и результаты оплодотворения. В самом деле, у дрозофилы, как мы видели, пол зародыша определяется в момент оплодотворения и в каждом отдельном случае зависит от сочетания половых хромосом в оплодотворенном яйце. В отличие от дрозофилы у бабочек и птиц оплодотворение яйца, образно выражаясь, лишь дает толчок развитию зародыша того пола, который уже заложен в нем в процессе созревания. Таким образом, каждому куриному яйцу в буквальном смысле слова «написано на роду» развиться в цыпленка именно того, а не противоположного пола.

К сказанному выше об определении пола у кур необходимо сделать следующую оговорку. Дело в том, что ввиду наличия у курицы большого числа очень мелких хромосом и трудностей их подсчета и идентификации вопрос о наличии у нее У-хромосомы до сих пор окончательно не решен, и возможно, что ее здесь нет вообще.

Диплоидное число хромосом у бабочек и в том числе у шелкопряда (см. главу IV) равно 56.

Источник

Открыт новый метод определения пола бабочек

Как известно, насекомые особенно вредят растениям будучи личинками — именно против них направлено действие большинство препаратов. Однако по пути возникает сложность: если во взрослом состоянии, которое у бабочек называется имаго, пол определить достаточно просто, то личинки чешуекрылых имеют схожие морфологические особенности, и на глаз отличить их нельзя. Сибирские биологи разработали метод определения пола личинок по количеству гена, который содержится в их половых хромосомах.

Система половых хромосом у насекомых обратна человеческой: если у людей две хромосомы X означают женский пол, а X и Y — мужской, то у чешуекрылых особи, обладающие двумя хромосомами Z, — это самцы, а Z и W — самки. Ученые с помощью полимеразной цепной реакции смотрят в образце количество гена kettin, содержащегося в Z-хромосоме. В пересчёте на остальные хромосомы получается, что этого гена у самцов в два раза больше, чем у самок.

Как сообщает «Наука в Сибири», определение пола насекомых может помочь регулировать количество вредителей, в частности непарного шелкопряда — врага лесных насаждений по всему миру. Численность этих насекомых зависит от соотношения полов: если самок рождается много, то через два-три года можно ожидать вспышки размножения. Предотвратить это мог бы препарат, который не только подавляет популяцию, но и снижает процентное соотношение самок.

Научный сотрудник Института систематики и экологии животных СО РАН Ирина Белоусова подчёркивает, что метод является универсальным. «Обычно пол определяют по отличительному гену W-хромосомы, но она содержит много мобильных элементов и повторов, то есть всегда отличается у разных видов. Хромосома Z консервативна, поэтому её гены универсальны для всех чешуекрылых. При этом в качестве маркера можно выбрать любой ген, специфичный для Z-хромосомы», — рассказывает соавтор исследования.

Учёные провели два эксперимента, чтобы подтвердить достоверность метода. Сначала в Институте цитологии и генетики СО РАН с помощью компьютерного моделирования проанализировали все геномы и транскриптомы, которые секвенированы на данный момент у 56 видов чешуекрылых, затем в Институте систематики и экологии животных СО РАН метод протестировали in vitro на трёх видах — непарном шелкопряде, вощинной огнёвке и капустной моли.

Кроме того, лаборатория экологической физиологии института на непарном шелкопряде изучает вертикальную передачу латентных вирусных инфекций, то есть распространение вируса из поколения в поколение. Для того чтобы знать, как передается инфекция от родителей потомству, нужно на любом этапе развития особи уметь определять её пол. Поскольку у всех вирусов есть общие тенденции эволюционного развития, то данные по одной инфекции в будущем могут быть ценными для вирусологии в целом.

Источник