Сперматозоиды соревнуются в бесконечной гонке
Исследователи из Музея естественной истории Университета Осло (Норвегия) были одними из первых в мире, кто начал анализировать сперматозоиды, чтобы больше узнать об эволюции и поведении птиц.
«Чтобы понять половую неверность у видов, недостаточно интерпретировать ДНК. Нам также нужно смотреть на форму и поведение сперматозоидов. Исследование спермы открыло для нас совершенно новый мир», — говорит профессор Ян Т. Лифьельд.
Один из вопросов, который он теперь задаёт: самка выбирает самца или яйцеклетка выбирает сперматозоид?
Постоянное биение рекорда
Лифьельд обнаружил чёткую корреляцию между неверностью и внешним видом сперматозоидов.
«Сперматозоиды подвергаются ожесточённой конкуренции. Вариация формы и размера сперматозоидов меньше у полигамных видов, чем у видов, где самка спаривается с одним самцом.
Сегодня самые быстрые сперматозоиды плывут к яйцеклетке со скоростью почти 0,2 миллиметра в секунду. Из-за конкуренции сперматозоиды становятся либо длиннее, либо быстрее. Чтобы победить, они должны постоянно бить мировой рекорд».
Вариация длины сперматозоидов наибольшая у снегирей и оляпок.
«Это самые верные виды птиц, которых мы знаем. Так что самцам не нужна конкурентная сперма, если они способны оплодотворить яйца.
У снегирей длина сперматозоидов варьируется почти на десять процентов. Вариация спермы у пеночек-теньковок составляет всего 2,5 процента, в то время как у веснички, которая является известной "изменщицей", вариация спермы составляет не более одного процента».
Огромный банк спермы
Под руководством Лифьельда исследовательская группа уже собрала 9000 образцов спермы птиц. Они хранятся в формальдегиде в банке спермы музея.
Исследователи также фотографируют живые сперматозоиды через видеомикроскоп не более чем через минуту после того, как у птицы взяли сперму.
«Тогда мы можем увидеть скорость сперматозоидов и то, как они движутся», — объясняет Ларс Эрик Йоханнесен.
Сперматозоиды сильно различаются от вида к виду. У воробьинообразных они похожи на тонкий штопор. Они вращаются вокруг своей продольной оси и пробуравливают себе путь через жидкость. У других птиц они больше похожи на головастиков, продвигаясь вперёд, извивая хвостом. У некоторых сперматозоидов широкая головка, у других — более цилиндрическая.
Исследователи собрали сперму у 400 видов, в основном у воробьинообразных, которые составляют более половины всех видов птиц в мире.
«Мы, вероятно, первое орнитологическое отделение любого музея, которое создаёт коллекцию спермы. Эта коллекция станет моим наследием музею», — заявляет Лифьельд.
Разгадка тайн
Профессор уже использовал образцы спермы, чтобы опровергнуть гипотезу о том, что тропические птицы более моногамны, чем птицы из умеренных зон.
«Это означает, что неверность никак не связана с местными температурами».
Ключ — объяснить генетические преимущества, которые самки получают от спаривания с одним или несколькими самцами. Мы видим закономерность, согласно которой потребность в универсальной иммунной защите увеличивает частоту измен. Похоже, что виды, которые больше подвержены паразитам и болезням, также более полигамны.
Адаптированы к анатомии самки
Сперматозоиды развиваются в соответствии с изменениями в репродуктивном тракте самки.
«Размер сперматозоидов должен адаптироваться к размеру яйцевода самки и трубочек для хранения спермы. Самка — ключевое звено. Поэтому нам необходимо понимать физиологию и анатомию самки, чтобы понять вариацию среди сперматозоидов».
Мелисса Мэри Роу получила семь миллионов крон от Исследовательского совета Норвегии на изучение бактерий в семенной жидкости птиц.
«Сперму нужно защищать от бактерий, а самке нужно защищаться от инородных тел в её репродуктивном тракте. Вопрос в том, какие риски связаны со спариванием и иммунной системой, которую самка должна использовать для защиты от потенциально вредных организмов. Сперматозоиды также должны защищаться от бактерий. Это исследование актуально для понимания венерических заболеваний».
«Что ещё мы можем узнать из исследований сперматозоидов птиц?»
Знания о сперматозоидах необходимы для понимания большого разнообразия репродуктивных стратегий. Половое размножение также важно для понимания жизни на Земле и её биологического разнообразия.
«Многие проводят чёткое различие между животными и людьми, но нам нужно рассматривать себя также как продукт эволюции. Эта перспектива легко теряется, если мы изучаем только людей. Мы ищем общие закономерности в биологии сперматозоидов. Поэтому это исследование важно и для понимания нас, людей», — заключает Лифьельд.