Почему сперматозоиды плодовой мушки такие гигантские

В животном мире сперматозоиды обычно значительно меньше яйцеклеток, что позволяет самцам производить их гораздо больше. Большое количество мелких сперматозоидов увеличивает вероятность успешного оплодотворения, особенно когда самки спариваются с несколькими самцами. Конкуренция между сперматозоидами разных самцов за несколько яйцеклеток усиливается по мере увеличения их количества. Эта конкуренция стимулирует половой отбор после спаривания, благоприятствуя наиболее успешным сперматозоидам в репродуктивном тракте самки.

Поэтому удивительно, что самцы некоторых видов производят очень мало, но гигантских сперматозоидов. "Рекордсменом является Drosophila bifurca: хотя эта плодовая мушка имеет длину всего несколько миллиметров, её сперматозоиды достигают впечатляющей длины почти шесть сантиметров", — говорит Стефан Люпольд, эволюционный биолог из Цюрихского университета. Однако такие примеры противоречат общепринятому пониманию полового отбора, поскольку меньшее количество сперматозоидов, конкурирующих за яйцеклетку, должно ослаблять давление отбора на их успешность.

Половой отбор оказывает большое влияние на длину сперматозоидов

Исследование под руководством Стефана Люпольда, опубликованное в журнале Nature, впервые объясняет развитие таких гигантских сперматозоидов. Учёным удалось продемонстрировать, что половой отбор оказывает большое влияние на эволюцию длины сперматозоидов у плодовых мушек. В работе были объединены экспериментальные, количественно-генетические и сравнительные исследования половых признаков у различных видов Drosophila.

Исследование показало, что, с одной стороны, различные характеристики и процессы захвата, хранения и использования сперматозоидов в репродуктивном тракте самки благоприятствуют более длинным сперматозоидам. Однако чем они длиннее, тем меньшее их количество может быть произведено и передано. Следовательно, самкам приходится спариваться чаще, чтобы обеспечить оплодотворение своих яйцеклеток. И каждое спаривание создаёт возможность для полового отбора через конкуренцию сперматозоидов. "У плодовых мушек, например, более длинные сперматозоиды действительно хорошо вытесняют своих конкурентов из репродуктивного тракта самки, что даёт им преимущество в борьбе за оплодотворение. Таким образом, половой отбор благоприятствует более длинным сперматозоидам", — объясняет Стефан Люпольд.

Самки предпочитают более крупных самцов с большим количеством сперматозоидов

С другой стороны, на длину сперматозоидов влияют предпочтения самок до спаривания. Мелкие самцы могут вкладывать меньше в производство спермы и поэтому истощают свои запасы уже после нескольких копуляций. Только крупные, здоровые самцы, которых предпочитают самки, могут позволить себе производить больше сперматозоидов, несмотря на повышенные энергетические затраты на более длинные сперматозоиды. В результате только крупные самцы получают выгоду от частых возможностей спаривания. Благодаря этому повышенному репродуктивному успеху гены, отвечающие за более длинные сперматозоиды, могут распространяться в популяции, что в конечном итоге движет эволюцией в сторону увеличения их длины. Эти сложные взаимосвязи могут поддерживать, если не усиливать, половой отбор даже тогда, когда за оплодотворение конкурирует очень мало сперматозоидов.

Эти новые данные показывают, что общее понимание полового отбора необходимо расширить. Эволюция сперматозоидов в конечном итоге основана на процессах, аналогичных другим мужским половым признакам, таким как рога для устрашения соперников и украшения для привлечения самок. "По сравнению с этими и многочисленными другими преувеличенными половыми признаками, сперматозоиды плодовой мушки, вероятно, являются самым экстремальным примером в животном мире", — считает Люпольд. В случае с Drosophila bifurca они примерно в 20 раз длиннее самого самца и передаются в виде туго скрученных шариков.