Исследование показывает, как самки выбирают «правильные» сперматозоиды
Учёные из Университета Восточной Англии выяснили, как самки выбирают «правильные» сперматозоиды для оплодотворения своих яйцеклеток, когда существует риск оплодотворения «чужими» сперматозоидами другого вида.
Исследователи изучали лосося и форель, которые оплодотворяют икру внешне в речной воде. Эти два вида иногда гибридизируются в природе, но поскольку гибридное потомство оказывается репродуктивным тупиком, самки обоих видов находятся под давлением отбора, чтобы избежать гибридного оплодотворения и вместо этого способствовать оплодотворению сперматозоидами своего вида.
Результаты, опубликованные в журнале Evolution, показывают, что когда яйцеклетки каждого вида контактируют либо со спермой лосося, либо форели, они охотно допускают полное оплодотворение сперматозоидами любого вида. Однако если яйцеклеткам предоставляется одновременный выбор спермы обоих видов, они явно предпочитают сперматозоиды своего вида.
Ведущий исследователь профессор Мэтт Гейдж заявил: «Система лосось-форель идеальна для изучения совместимости сперматозоидов и яйцеклеток, потому что мы можем проводить контролируемые эксперименты по оплодотворению in vitro и измерять поведение сперматозоидов в естественных для гамет условиях. Хотя мы обнаружили почти 100% интерфертильность между сперматозоидами и яйцеклетками лосося и форели, когда мы смешали равные количества спермы обоих видов, мы обнаружили, что сперматозоиды их собственного вида выиграли 70% оплодотворений».
Затем команда исследовала механизмы, позволяющие яйцеклеткам поощрять оплодотворение правильными сперматозоидами, изучив два ключевых компонента репродукции у самок рыб — саму яйцеклетку и овариальную жидкость, которая её покрывает. Овариальная жидкость — это богатый белками раствор, в котором находятся яйцеклетки и который высвобождается во время нереста, но о её функции было мало известно.
Профессор Гейдж пояснил: «Мы провели дальнейшие испытания на конкуренцию сперматозоидов, но на этот раз мы промыли яйцеклетки от овариальной жидкости, а затем добавили обратно либо их собственную жидкость, либо жидкость другого вида. Примечательно, что мы обнаружили, что сама яйцеклетка не играет значительной роли в обеспечении приоритета оплодотворения сперматозоидами своего вида. Вместо этого именно овариальная жидкость контролирует, сперматозоиды какого вида выигрывают оплодотворение, что было очень неожиданно. Если мы нанесём овариальную жидкость лосося на икру лосося, то выиграют сперматозоиды лосося, но если мы нанесём овариальную жидкость форели на икру той же самки лосося, теперь выиграют сперматозоиды форели».
Затем исследователи использовали видеоанализ, чтобы изучить поведение сперматозоидов лосося и форели в овариальной жидкости.
«Мы обнаружили, что активация сперматозоидов в овариальной жидкости заставляет их жить примерно в два раза дольше, чем в речной воде. Что важно, сперматозоиды обоих видов также перестают плавать тугими эллиптическими кругами в речной воде и начинают двигаться по выпрямленным траекториям в овариальной жидкости. Это поведение позволяет сперматозоидам перемещаться к яйцеклетке, следуя химическому сигналу.
Таким образом, мы видим, что овариальная жидкость даёт специфический химический сигнал сперматозоидам своего вида, вызывая изменения в характере биения их хвостов, так что они плывут по более прямой траектории и, следовательно, более эффективно направляются к месту оплодотворения».
Чтобы подтвердить, что это механизм, обеспечивающий приоритет оплодотворения сперматозоидами своего вида, команда провела финальный эксперимент, измерив миграцию сперматозоидов через мембрану с крошечными порами, имитирующими единственный вход в яйцеклетку. Они обнаружили, что через мембрану в свою собственную овариальную жидкость проплыло гораздо больше сперматозоидов по сравнению с числом пересекающих мембрану в овариальную жидкость другого вида или воду.
«Эти выводы позволяют нам установить, что у самок действительно развились механизмы «скрытого выбора» на интимном уровне сперматозоида и яйцеклетки. Результаты также дают ценное представление о том, почему самки лосося спариваются так беспорядочно — обычно их икру оплодотворяют от восьми и до 16 самцов в одном гнезде. Поощряя конкуренцию сперматозоидов, самки предоставляют своим яйцеклеткам больший выбор, позволяя овариальной жидкости избегать потенциально гибридизирующих сперматозоидов и вместо этого способствовать оплодотворению правильными сперматозоидами».
Исследование финансировалось Советом по исследованиям природной среды (NERC) и проводилось в сотрудничестве между Университетом Восточной Англии, Норвежским институтом исследований природы и Институтом зоологии.
Статья «Cryptic Choice of Conspecific Sperm Controlled by the Impact of Ovarian Fluid on Sperm Swimming Behaviour» опубликована в журнале Evolution.