Аннотация:
Процесс оплодотворения уже давно называют крысиными бегами. Миллионы сперматозоидов плывут к яйцеклетке, и самая быстрая, сильная и удачливая особь ее оплодотворяет. Однако новое исследование показывает, что у многих видов в природе эта «гонка» на самом деле является скорее командным видом спорта, и сотрудничество между сперматозоидами может быть столь же важным, как и конкуренция.
Биологи-эволюционисты из Сиракузского университета в США, Сиенского университета в Италии и Сегедского университета в Венгрии в ходе исследований обнаружили, что кооперативное поведение сперматозоидов гораздо более распространено среди членистоногих, чем считалось ранее. Это явление называется «связыванием спермы», при котором несколько сперматозоидов образуют группу скоординированным образом, чтобы завершить процесс перемещения к яйцеклетке.
Исследователи описывают такое поведение как движение гребной команды в унисон. Отдельные сперматозоиды больше не действуют в одиночку, а образуют организованные команды со структурами, повышающими их шансы на достижение и успешное завершение оплодотворения.
На самом деле ученые наблюдали это явление более века назад, но долгое время считалось, что оно существует только у нескольких особых видов. Последние исследования изменили это понимание. Результаты исследования показывают, что сотрудничество сперматозоидов не только широко распространено среди групп членистоногих, таких как насекомые, пауки, крабы и многоножки, но и его история насчитывает сотни миллионов лет.
Чтобы реконструировать этот эволюционный процесс, исследовательская группа собрала и проанализировала десятилетия исследований морфологии и структуры спермы сотен видов членистоногих и нанесла на карту эти характеристики на деревьях эволюционного происхождения, чтобы определить моменты времени, когда различные формы сотрудничества появлялись, исчезали и вновь появлялись.
Полученная временная шкала охватывает более 600 миллионов лет. Исследования показывают, что в разных ветвях членистоногих феномен кооперации сперматозоидов много раз возникал независимо, исчезал на определенных стадиях, а затем вновь развивался. Эта повторяющаяся закономерность предполагает, что механизмы сотрудничества дают важные адаптивные преимущества в различных контекстах.
Судя по всем имеющимся данным, отмечают исследователи, даже общий предок всех насекомых обладал спермой, способной образовывать кооперативные колонии. Это означает, что кооперация сперматозоидов — не случайное явление, а чрезвычайно древняя и широко распространенная биологическая особенность.
В ходе исследования команда также сосредоточилась на анализе особой структуры, называемой «веществами, связанными со спермой». Это вещество, обернутое мембраной, которое удерживает вместе несколько сперматозоидов или образует внешнюю структуру, помогающую им выстраиваться в организованные группы.
У многих видов именно это вещество поддерживает стабильность команды сперматозоидов. Исследователи предполагают, что изначально он существовал для упаковки или защиты спермы, но позже развился для содействия сотрудничеству, тем самым способствуя образованию связывания сперматозоидов.
Исследовательская группа считает, что отдельный сперматозоид сталкивается со сложной и трудной средой в женских репродуктивных путях, а групповое сотрудничество может помочь сперматозоидам двигаться и ориентироваться более эффективно, поэтому у некоторых видов он неоднократно сохранялся в результате естественного отбора.
Самый увлекательный аспект этой работы, по словам исследователей, заключается в том, что эволюция продолжает предлагать аналогичные решения на протяжении всей истории. Несмотря на огромные расстояния между разными видами и совершенно разную среду обитания, все они в конечном итоге развили схожие механизмы сотрудничества для размножения.
Это открытие также бросает вызов традиционным репродуктивным теориям. Хотя многие прошлые исследования были сосредоточены на конкуренции между сперматозоидами, новые данные свидетельствуют о том, что в некоторых случаях сотрудничество также может определять репродуктивный успех.
Помимо того, что соответствующие исследования помогут ученым понять эволюцию жизни, они также могут принести практическую пользу в будущем. Исследователи полагают, что глубокое понимание механизмов взаимодействия сперматозоидов, как ожидается, будет способствовать развитию исследований фертильности и поможет изучить новые методы борьбы с вредителями. Например, вмешиваясь в процесс связывания между сперматозоидами и родственными им веществами, в будущем можно будет разработать более точные технологии борьбы с некоторыми сельскохозяйственными вредителями.
Хотя исследования показали, что сотрудничество сперматозоидов встречается гораздо чаще, чем считалось ранее, многие ключевые вопросы остаются без ответа. Ученые все еще пытаются понять, что движет эволюцией такого сотрудничества и как различные способы сотрудничества могут принести репродуктивные преимущества.
Будущие исследования будут сосредоточены на наблюдении за поведением сперматозоидов в реальной репродуктивной среде, в надежде раскрыть биологические тайны, стоящие за этим микроскопическим «командным движением». Это открытие также еще раз напоминает людям, что конкуренция — не единственная движущая сила эволюции жизни, и сотрудничество также может стать важным фактором в формировании успеха.
Комментарии