Эволюция сперматозоидов у жуков-плавунцов может быть связана с изменениями в репродуктивных органах самок

Исследование репродуктивных трактов самок и сперматозоидов у жуков-плавунцов (Dytiscidae) показало удивительное разнообразие форм сперматозоидов, включая их объединение в конгломераты, которые перемещаются по сложным лабиринтам половых путей самки.

Анализ эволюционных связей между видами показал, что форма сперматозоидов, по-видимому, следует за функцией, диктуемой строением репродуктивных органов самок.

"Наши результаты показывают, что половой отбор — это не всегда только конкуренция самцов между собой. Похоже, самки могут брать на себя ведущую роль в движении эволюции мужских половых признаков", — говорит ведущий автор исследования Дон Хиггинсон из Университета Аризоны.

Исследование будет опубликовано на неделе 6 февраля в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Необычное разнообразие сперматозоидов

В отличие от млекопитающих, у многих беспозвоночных, включая насекомых, эволюционировало сложное анатомическое разнообразие как сперматозоидов, так и репродуктивных органов самок.

"Как только возникает внутреннее оплодотворение, эволюция сходит с ума. Почти в каждой изученной группе животных с внутренним оплодотворением сперматозоиды эволюционировали в огромное разнообразие форм", — отмечает соавтор Скотт Питник из Сиракузского университета.

Для этого исследования Хиггинсон сравнила особенности репродуктивных трактов самок и сперматозоидов у 42 видов жуков-плавунцов.

Удивительные открытия

Исследовательница обнаружила необычные формы сперматозоидов:

• Сотни или тысячи клеток, сложенных как волан для бадминтона, образуя длинный жесткий стержень.
• Клетки, соединенные головками с помощью особого "клея".
• Целые массы сперматозоидов, соединенных вместе и движущихся как единое целое.

"Я видела, как бьются хвосты и двигают весь конгломерат. Для сперматозоидов это явно нечто совершенно новое", — вспоминает Хиггинсон.

Эволюционная гонка вооружений

Измерив множество параметров (длину сперматозоидов, площадь камер хранения спермы и др.) и проанализировав эволюционные связи между признаками, ученые реконструировали наиболее вероятные эволюционные взаимоотношения.

"Мы обнаружили, что у предков этих жуков были конъюгированные сперматозоиды и довольно компактные репродуктивные тракты самок. Морфология самок претерпевает эволюционные изменения, а затем сперматозоиды компенсируют это. Это наводит на мысль о возможной "гонке вооружений", — объясняет Хиггинсон.

По словам Питника, сложная морфология репродуктивных трактов самок заставляет сперматозоиды эволюционировать, чтобы пройти через них.

Самки задают направление эволюции

Возможно, разнообразие сперматозоидов — это эквивалент ярких павлиньих хвостов, а самки эволюционируют репродуктивные тракты, которые благоприятствуют одному типу сперматозоидов над другим.

"Суть в том, что самки движут половой эволюцией. Сперматозоидам просто приходится успевать за ними", — добавляет Хиггинсон.

Быстрая эволюция сперматозоидов и их совместимости с репродуктивной системой самки может быть важным двигателем видообразования.

Контекст поведения

У самцов жуков-плавунцов есть присоски на ногах, чтобы удерживать самок. Они могут даже мешать самкам дышать, удерживая их под водой, что может быть попыткой принудить к спариванию.

"Одна из причин такой ситуации, когда сперматозоиды разных самцов конкурируют внутри самки, может заключаться в том, что самки могут спариваться с любым встречным, а выбирать позже", — предполагает Хиггинсон.