Качество, количество и свежесть в репродуктивной игре

В отличие от механических деталей, клеточные структуры часто следуют принципу «используй или потеряешь». Это особенно касается половых клеток. Хотя с возрастом отцы также производят менее качественные сперматозоиды, во многих случаях истинной причиной проблем может быть просто возраст спермы.

Исследователи под руководством Клелии Гаспарини из Университета Западной Австралии изучали, как виды с разной репродуктивной стратегией «обновляют» неиспользованные сперматозоиды. Их работа, опубликованная в Journal of Evolutionary Biology, показывает, что у домовых мышей классический компромисс качество против количества не работает.

Мыши из популяций с высокой частотой спаривания и активностью производили не только больше, но и сперму более высокого качества. Качество оценивали по общему уровню фрагментации ДНК — надежному интегральному показателю.

Удивительно, но у самцов, лишённых спаривания в течение двух месяцев («отдохнувшие» самцы), качество спермы было таким же, как и у активных. Это ставит вопрос: как эти самцы избегают проблем, связанных с накоплением «старой» спермы (DSB — deadly sperm backup)?

Сперматозоиды начинают повреждаться сразу после отделения от питающих клеток Сертоли в семенниках. В видах, где сперма хранится в половых путях самки до оплодотворения, этот процесс старения продолжается. Здесь сперматозоиды сталкиваются с конкуренцией, и ключевую роль играют их митохондрии, обеспечивающие энергию для движения.

Возникает парадокс: митохондрии сперматозоидов подвергаются жёсткому отбору на эффективность, но у большинства видов митохондрии отца не передаются потомству. У мидий и некоторых других существ есть исключение: самцы передают митохондрии только сыновьям. Для большинства же видов «отцовские» митохондрии в яйцеклетке уничтожаются. Это необходимо, чтобы избежать конфликта между разными митохондриальными ДНК, который нарушает работу дыхательной цепи.

Объяснение парадокса может быть в том, что сперматозоидам нужна энергия не только для «забега» к яйцеклетке, но и для проникновения в неё и блокировки доступа для других сперматозоидов (предотвращение полиспермии).

Механизмы, позволяющие «отдохнувшим» самцам избегать DSB, могут включать:

• Деградацию спермы в семенниках.
• Спонтанные эякуляции (например, поллюции у человека).
• Выведение избытка сперматозоидов с мочой.

Эти механизмы требуют сложной регуляции. Эволюция поллюций, например, может быть связана с развитием сновидений или даже сознания — гипотеза, требующая отдельного изучения.

Ещё одна идея исходит из спорных исследований ламарковского наследования. Если сперматозоиды — агенты передачи приобретённых признаков, они должны нести не только статичную ядерную ДНК, но и динамическую информацию о текущем состоянии организма и среды. Это объясняло бы необходимость постоянного обновления и «свежести» спермы.

Для полного понимания необходимы аналогичные исследования на других видах. Сперматозоиды у разных видов бесконечно разнообразны, и их старение не всегда предсказуемо. Репродукция — это кооперативное событие между полами: самки также адаптируются к ограниченности ресурсов спермы, регулируя овуляцию (сезонную, циклическую, рефлекторную), а в крайнем случае прибегая к партеногенезу.