Спаривание брюхоногих моллюсков — обширная и разнообразная тема, поскольку таксономический класс Gastropoda очень большой и разнообразный, группа, включающая морских улиток и морских слизней , пресноводных улиток и наземных улиток и слизней . По общему числу видов брюхоногие уступают только классу Insecta . Некоторые брюхоногие моллюски раздельнополые, другие — гермафродиты . Некоторые гермафродитные группы имеют одновременный гермафродитизм , тогда как некоторые — последовательный гермафродитизм . Кроме того, в разных таксонах используются многочисленные очень разные стратегии спаривания.
В этой статье основное внимание уделяется брачным привычкам дышащих воздухом наземных слизней . Наземных слизней можно рассматривать как наземных улиток , которые в ходе эволюции либо полностью утратили раковину, либо имеют сильно редуцированную внешнюю раковину, либо сохранили только внутренние остатки раковины. Наземные слизни представляют собой высокополифилетическую группу , что означает, что многие семейства наземных слизней вообще не являются близкородственными друг другу.
Большинство наземных слизней являются одновременными гермафродитами , то есть они обладают как мужскими, так и женскими репродуктивными органами, которые функционируют одновременно. Некоторые виды регулярно самооплодотворяются. Однородительское размножение может также происходить посредством апомиксиса , бесполого процесса. [1]
Однако в большинстве случаев наземные слизни спариваются: они находят партнеров и участвуют в сложных ритуалах ухаживания, прежде чем происходит фактическая передача спермы. Для слизней характерно одновременное взаимное спаривание, как это происходит в монофилетических группах Limacoidea и Philomycidae. [2] Limacoidea включает в себя семейство Limacidae (килевидные слизни) и крупнейший род слизней, Deroceras , который содержит более 100 известных видов. [3] Передача спермы может быть внешней (как у Deroceras ) или внутренней (как у Ariolimax ).
Когда дело доходит до брачного поведения одновременных гермафродитов, таких как легочные наземные улитки и легочные наземные слизни, а также заднежаберные морские улитки и заднежаберные морские слизни, возникает вопрос о том, какую половую роль или роли примет особь в брачном столкновении. [4] Если обе вовлеченные особи отдают предпочтение одной и той же половой роли, то их брачные интересы по своей сути несовместимы. Дальнейшие конфликты возникают из-за того, что гермафродитная особь не обязательно может использовать полученную сперму; она может использовать сперму другого партнера или оплодотворять себя сама. Согласно моделям, избегающим риска, в этом случае для особи было бы более благоразумно вкладывать средства в яйцеклетки. [5] Однако альтернативные взгляды утверждают, что предпочтительнее мужская роль, поскольку самцы получают больше пользы от множественных спариваний, чем самки. [6] Ни одна из стратегий не является эволюционно стабильной, поскольку для успешного размножения требуются обе половые роли.
Поскольку переваривание спермы у наземных слизней снижает вероятность того, что данный набор сперматозоидов оплодотворит яйцеклетки партнера, выбирается повышенное инвестирование спермы. Это может привести к коэволюционному циклу, в котором количество переваренной спермы и распределение самцов увеличиваются до тех пор, пока в конечном итоге мужские и женские гаметы не будут вкладываться поровну. [7] Чем больше и дороже становятся эякуляты, тем более предпочтительным становится взаимный перенос спермы, поскольку каждый слизень получает компенсацию за свои инвестиции. Взаимность, как одновременная, так и последовательная, по-видимому, смягчает конфликт половых ролей и является особенностью большинства спариваний слизней.
Поскольку у наземных брюхоногих моллюсков, таких как наземные улитки и наземные слизни, отсутствует слух и очень ограничено зрение, [8] они в значительной степени полагаются на хемоцепцию , в первую очередь на обоняние и тактильное восприятие . Местоположение партнера также в значительной степени опосредовано химическими веществами, находящимися в воздухе. [9] Слизни часто поднимают голову при обнаружении феромонов в воздухе, а затем поворачиваются, чтобы сориентироваться, и ползут к предполагаемому источнику. Многие слизни также демонстрируют некоторую степень следования по следу слизи, чтобы найти партнера. [10] Следование по следу может быть альтернативной или дополнительной стратегией к воздушным сигналам и может составлять основную часть поведения перед ухаживанием.
Использование следов слизи для поиска партнера подразумевает различение конспецифичных и гетероспецифичных следов. [11] Поэтому выгодно включать в следы специфические для вида сигналы, чтобы облегчить поиск партнера. У некоторых видов, таких как банановые слизни ( Ariolimax ), феромоны выделяются вместе со слизью для привлечения партнеров. Последователь может даже провести качественную оценку потенциального партнера на основе его следа слизи. Слизь может раскрыть информацию о размере тела или паразитарной инфекции, давая представление о плодовитости. Больший размер предполагает, что слизень очень плодовит, [11] тогда как паразитизм может означать, что он страдает от снижения производства яиц или даже бесплодия. [12]
Следование по следу — сложная поведенческая модель, которая обычно включает активное участие обоих слизней. Последователь держится очень близко к лидеру, когда они находятся в непосредственной близости. [3] У видов с выраженным следованием по следу, таких как Deroceras panormitanum , лидер расправляет свой хвост в стороны и машет им из стороны в сторону перед последователем. Пока неизвестно, является ли размахивание хвостом визуальным сигналом или же оно размахивает химическими аттрактантами в направлении последователя. Иногда хвост размахивает между щупальцами последователя и время от времени вступает в контакт, способствуя распознаванию между слизнями. Ведущий слизень, по-видимому, останавливается, чтобы дождаться последователя, размахивая хвостом, если последователь отстает слишком далеко.
После того, как партнер найден, наземные слизни проходят длительную фазу ухаживания перед совокуплением. Ухаживание может длиться и обычно длится несколько часов. Две особи занимают положение по периферии воображаемого круга, повернув головы к хвосту друг друга, и кружат друг вокруг друга. [13] Слизни ползают по часовой стрелке так, что их правые стороны, содержащие генитальные поры, постоянно обращены друг к другу. Это кружение может служить для оценки того, готов ли другой к спариванию; скорость кружения обычно уменьшается по мере того, как ухаживание прогрессирует. Затем слизни лежат близко друг к другу, оставаясь в антипараллельной конфигурации. Каждый из них высовывает из своей генитальной поры саркобелум, высокоманевренную пенильную структуру, которой он поглаживает своего партнера. [14]
Секреции, предположительно из железистой части стенки пениса, вероятно, переносятся саркобелой во время этого взаимного поглаживания. [15] Эти секреции имеют несколько возможных функций, включая физиологическую стимуляцию и синхронизацию, [3] маркировку партнера [16] или манипуляцию. [17] Маркировка может принести пользу донору, помогая ему избегать спаривания с особями, с которыми он уже спаривался. [16] Альтернативно или дополнительно, маркировка может служить указанием для особей того же вида, что эта особь недавно спаривалась и поэтому ее следует избегать, либо потому, что ее запасы спермы, возможно, истощены, либо, что более вероятно, из-за конкуренции сперматозоидов . В последнем случае риск переносчика секреции подвергнуться конкуренции сперматозоидов также снижается. Помимо маркировки, другая возможность заключается в том, что секреция поглощается партнером, на которого она действует как манипулятивный аллогормон. [17] Аллогормон — это вещество, которое передается от одного представителя вида к другому и которое «вызывает прямую поведенческую или физиологическую реакцию». [18] Секреция может затем заставить реципиента воздержаться от спаривания с дополнительными партнерами, принять больше спермы донора и переварить меньше ее или увеличить оплодотворение яйцеклеток и откладывание яиц с использованием донорской спермы. [17] Для получения дополнительной информации об одном из видов использования этого вида гормона см. статью love dart .
Виды различаются по способу и продолжительности поглаживания, но все виды постепенно сближаются во время ухаживания, и интенсивность поглаживания увеличивается, пока не прекратится непосредственно перед началом спаривания. [3] В этот момент саркобела слегка сокращается и указывает вверх. Передние части слизней набухают и слегка переворачиваются влево. Могут происходить покусывания и соприкосновения вокруг областей половых пор ртами и щупальцами, а также взаимное покачивание головой. [19] Слизни прижимают свои половые поры друг к другу и оттягивают свои мантии назад. Также во время ухаживания подготавливается эякулят; сперма перетекает из хранилища в пенис и, у некоторых видов, собирается в пакеты, такие как сперматофоры .
На последних стадиях ухаживания некоторые виды наземных слизней и наземных улиток стреляют известковыми или хитиновыми любовными дротиками в тела друг друга. Только подмножество тех видов, которые спариваются лицом к лицу в одновременной взаимной манере, имеют дротики. [2] Оба слизняка в спаривании стреляют друг в друга, если только дротик недоступен, например, потому что он регенерируется после недавнего спаривания. Большинство исследований любовных дротиков было проведено на обыкновенной садовой улитке , в которых было показано, что стрельба дротиками увеличивает отцовский репродуктивный успех [20] за счет доставки слизи [21] , которая способствует хранению спермы, а не ее перевариванию у получателя дротика. [22] Контроль за движением спермы достигается за счет реконфигурации копулятивного канала получателя до получения спермы. [23] Фактическое спаривание происходит только после стрельбы дротиками.
Спаривание относится к фазе передачи спермы и длится от начала выворачивания пениса до момента, когда гениталии теряют контакт с другим слизнем. [3] Продолжительность значительно варьируется между видами слизней, но наиболее распространены внезапные выворачивания и очень кратковременные передачи. Передача спермы может быть одновременно реципрокной или односторонней, а также внешней (как у Deroceras ) или внутренней (как у Ariolimax ). Полученная сперма либо переваривается, либо используется для оплодотворения яйцеклеток.
При одновременном реципрокном спаривании оба слизняка действуют как самцы и самки одновременно. Этот способ спаривания требует, чтобы пара гениталий была точно напротив друг друга перед совокуплением, задача, которая у слизней затруднена, поскольку у них нет слуха и очень ограниченное зрение. [8] Поэтому они в значительной степени полагаются на хемоцепцию и контактное ощущение. Обычно происходит обмен спермой, но в некоторых случаях может происходить и односторонняя передача спермы. [24]
При одностороннем спаривании у каждой особи есть определенная половая роль: одна выступает в роли самца и отдает сперму, а другая выступает в роли самки и получает ее. Слизни часто меняются ролями после передачи спермы для второго раунда спаривания. [24] Следовательно, как и при одновременном реципрокном спаривании, обычно, но не всегда, происходит взаимный обмен спермой.
Во время внешнего обмена спермой пенис донорского слизняка выворачивается вместе с его эякулятом. Вывернутый пенис в несколько раз больше своего обычного размера и выглядит как луковичная прозрачная структура. [3] Эякулят, аморфная мягкая масса, переносится на поверхность вывернутого пениса принимающего слизняка. По крайней мере, один вид, серый полевой слизень ( Deroceras reticulatum ), демонстрирует примитивную степень упаковки спермы. Затем втягивание пениса принимающего забирает с собой эякулят. В большинстве случаев оба партнера одновременно жертвуют и получают через переплетенные пенисы; односторонний перенос спермы происходит лишь изредка. Сплетение допускается благодаря кривизне, присутствующей в пенисах слизней; тесное сплетение способствует успешному обмену спермой, который происходит на пике выворачивания пениса. Когда у особи вида с внешним переносом спермы отсутствует пенис, она все равно может размножаться однородительским путем, например, путем самооплодотворения, при условии, что у нее есть другие компоненты нормальной репродуктивной системы. [25] Однородительское размножение наблюдалось у болотного слизняка ( Deroceras laeve ).
Когда присутствует добавочная пениальная железа, вспомогательная структурная часть мужской репродуктивной системы, она также ненадолго выворачивается во время спаривания. [15] Если она достаточно большая, она распространяется по телу партнера. Это может происходить вместе с обменом спермой или после него. Пениальная железа заполняется во время раннего ухаживания, и ее секреции переносятся на кожу партнера-слизняка. Эти секреции, как и секреции саркобелума во время ухаживания, имеют несколько возможных функций, включая действие в качестве аллогормона, который манипулирует партнером, чтобы увеличить шансы отцовства. [18] Это может быть достигнуто путем ингибирования дополнительного спаривания, изменения транспортировки или хранения спермы или увеличения откладывания яиц у партнера.
Втягивание пениса обычно является быстрым процессом, хотя и гораздо медленнее, чем выворачивание. [3] Обычно оба слизняка одновременно втягивают свои пенисы, качая и покачивая передними частями своего тела, пока они это делают. Они разделяются и отползают друг от друга, как только их гениталии распутываются. После этого один или оба слизняка обычно занимаются потреблением слизи; они могут вернуться к месту спаривания и слизать слизь с земли или слизать ее с поверхности собственного тела. Однако существует много внутривидовых различий.
Необычный пример внешнего переноса спермы дает большой серый слизень ( Limax maximus ). Пара слизней взбирается на дерево или стену к выступу и висит вместе головой вниз на 10–25-сантиметровой полоске слизи, прежде чем вывернуть свои пенисы и обменяться спермой в воздухе. [26] Эволюционные объяснения такого поведения неясны.
В других случаях перенос спермы является внутренним и происходит путем введения вывернутого пениса в слизняк партнера. Сперма транспортируется через пакеты спермы или сперматофоры в проток семяприемника. [ 27] а затем высвобождается из хвоста сперматофора. [28] Только очень небольшой процент сбегает в более высокие области женской репродуктивной системы для хранения (в семяприемнике) и последующего оплодотворения. Интромиссия одновременно является реципрокной у некоторых видов, таких как Ariolimax dolichophallus , и односторонней у других, таких как Ariolimax californicus [19]
После переноса спермы может произойти процесс, называемый апофалляция , или ампутация пениса. Это длительный процесс, при котором пенис одного или обоих слизней откусывается с помощью радулы . В случае, когда один пенис откусывается, это обычно делает другой слизень. Заменяющий пенис не отрастает снова. Апофалляция наиболее широко распространена у видов Ariolimax , [1] у которых есть внутренний обмен спермой. У этих слизней апофалляция является лишь случайным явлением, которое следует за периодом борьбы и вытягивания хозяином. Это говорит о том, что это «последнее средство», если пенис застревает в половых путях партнера-слизняка. После того, как пенис отрезан, партнер обычно съедает его. [19] Причина, по которой пенис съедается, неясна, хотя он может быть просто источником питательных веществ. Апофалляция может быть необходима для того, чтобы произошло разделение, когда партнер крепко сжимает пенис с помощью специальной мышцы женского репродуктивного тракта. [25] Апофалляция может принести пользу ампутатору, поскольку она не позволяет ампутанту снова спариваться в ближайшем будущем, что привело бы к конкуренции спермы. Ампутант, по крайней мере, не может спариваться в будущем как самец, что может отвлечь ресурсы от производства яйцеклеток с помощью спермы ампутатора.
Помимо видов Ariolimax , аутоапофалляция (самоампутация) была зарегистрирована у Deroceras laeve . [3] Здесь это обычная часть спаривания, хотя пенис не попадает в ловушку другого слизняка (так как происходит внешний перенос спермы), и может происходить из-за того, что способность ампутанта к втягиванию пениса была подавлена партнером путем передачи секреции. В результате эти особи больше не могут спариваться и способны только к однородительскому размножению. [25] Афаллические особи видов Ariolimax все еще способны спариваться, но только как самки, поскольку у них есть интромиссия и внутренний обмен спермой.
Пресноводная улитка Physa acuta является самофертильным организмом, который может подвергаться либо сильному половому отбору , либо самооплодотворению в зависимости от способа его размножения. Ноэль и др. [29] использовали Physa acuta , чтобы экспериментально определить, можно ли избежать накопления вредных мутаций путем инбридинга популяций улитки, а также путем аутбридинга популяций, подвергающихся половому размножению . Инбридинг способствует гомозиготному проявлению вредных рецессивных мутаций в потомстве, тем самым подвергая эти мутации селективному устранению из-за их пагубного воздействия на потомство. Аутбридинговое половое размножение позволяет самкам выбирать партнеров-самцов с меньшими мутационными нагрузками, что также приводит к снижению вредных мутаций в потомстве. Ноэль и др. [29] пришли к выводу, что как аутбридинговые, так и инбридинговые популяции Physa acuta могут эффективно очищать вредные мутации.
Например, при спаривании морских слизней Siphopteron quadrispinosum происходит травматическое спаривание. [30]
Во время спаривания у Aplysiidae могут возникать цепочки спаривающихся слизней.