Исследование: при конкуренции сперматозоидов яйцеклетки могут выбирать
Взаимодействие между разборчивыми яйцеклетками и конкурирующими сперматозоидами сложнее, чем считалось, и может содержать ключи к пониманию эволюции новых видов.
В статье, опубликованной в журнале American Naturalist, профессор биологических наук Дон Левитан исследует фундаментальную загадку полового размножения: конкурируют ли сперматозоиды и есть ли у яйцеклеток выбор?
По крайней мере, у морских ежей ответ — да.
Изучая популяции морских ежей у тихоокеанского побережья Канады, Левитан решил выяснить, в какой степени сперматозоиды от нескольких самцов конкурируют за оплодотворение отдельных яйцеклеток у морских животных с внешним оплодотворением. Морские ежи — удобный модельный вид для изучения морских организмов, так как их легко стимулировать к нересту.
Ключевые результаты:
- В ходе эксперимента сперму самцов помещали в шприцы с множеством неоплодотворённых яйцеклеток.
- Анализ отцовства показал, что сперматозоиды от нескольких самцов одновременно конкурировали за одну яйцеклетку.
- Яйцеклетки, по-видимому, выбирали предпочтительного партнёра из этой толпы.
«Это первые доказательства того, что сперматозоиды от разных самцов конкурируют за одну и ту же яйцеклетку, что указывает на возможность выбора для яйцеклетки», — отмечает Левитан.
Эволюционный механизм:
Сперматозоиды используют поверхностные рецепторные белки для связывания с яйцеклеткой. Согласно классической теории, должны отбираться сперматозоиды с наиболее эффективными белками. Однако часто успешнее оказываются сперматозоиды с менее эффективными белками.
Разгадка может крыться в эволюционной «гонке вооружений» между половыми клетками:
- При избытке спермы возникает риск полиспермии (оплодотворения яйцеклетки несколькими сперматозоидами), что приводит к её гибели.
- Чтобы избежать этого, яйцеклетки могут эволюционировать, снижая совместимость с наиболее активными сперматозоидами.
- В ответ сперматозоиды эволюционируют, подстраиваясь под новые поверхности яйцеклеток.
Это создаёт в популяции смесь типов совместимости сперматозоидов и яйцеклеток, что и создаёт почву для конкуренции сперматозоидов и выбора яйцеклеткой.
Эволюционное значение:
Когда к яйцеклетке одновременно прибывают сперматозоиды от нескольких самцов, она может выбрать сперматозоид с наиболее подходящими рецепторными белками. Этот процесс может стимулировать эволюцию новых белков распознавания, что в конечном итоге приводит к репродуктивной изоляции и, в некоторых случаях, к образованию новых видов.
«Половой отбор внутри вида может вызывать изменчивость рецепторных белков, что ведёт к ассортативному спариванию... Это может в конечном итоге привести к репродуктивной изоляции и видообразованию», — объясняет Левитан.
Эти процессы критически важны для морских видов с внешним оплодотворением. Учёный полагает, что конкуренция сперматозоидов и выбор яйцеклетки могут быть столь же важны и для внутреннего оплодотворения у млекопитающих.