Винтообразные сперматозоиды птиц плавают быстрее — но это имеет свою цену

Исследование аспирантки Ханны Ниборг Стостад изучило необычную спиралевидную форму сперматозоидов певчих птиц. Стостад сравнила сперматозоиды 36 видов птиц, включая домовых воробьёв и древесных ласточек, и обнаружила, что у видов с особенно выраженной спиральной или штопорообразной формой сперматозоидов также была высокая средняя скорость плавания. Однако у этих же видов, как правило, был высокий процент аномальных или повреждённых сперматозоидов.

Вторая часть исследования, выявившая связь между формой сперматозоидов и их повреждениями, была опубликована сегодня в Journal of Evolutionary Biology. Первая часть, объясняющая, что винтообразные сперматозоиды плавают быстрее, была опубликована в журнале Evolution в июле 2018 года.

Доктор Стостад говорит: «Наши результаты предполагают, что существует компромисс между скоростью плавания и устойчивостью сперматозоида. Чем более винтообразной является клетка, тем быстрее она может плыть, но выше риск её повреждения. Этот компромисс может помочь нам понять, почему существует так много странных форм сперматозоидов не только у певчих птиц, но и во всём животном царстве. Разные формы представляют собой разные стратегии с разными плюсами и минусами».

Исследователи сотрудничали с математиками, чтобы выяснить, почему винтообразные сперматозоиды плавают быстрее, чем более прямые и обтекаемые. С учётом физических факторов, таких как сопротивление, вязкость и размер, оказалось, что винтообразные сперматозоиды движутся вперёд, вращаясь, фактически «ввинчиваясь» в жидкость самки, чтобы достичь яйцеклетки. Чем больше вращение, тем больше поступательное движение.

«Поскольку сперматозоиды такие крошечные, им действительно трудно двигаться в гораздо более плотной жидкости, поэтому для них логично "ввинчиваться" вперёд», — говорит доктор Стостад.

Хотя тонкие спиральные края винтообразных сперматозоидов выглядят хрупкими, исследователи не могут с уверенностью сказать, что именно делает их более склонными к аномалиям и повреждениям. Однако у них есть некоторые предположения.

«Я подозреваю, что это связано с окислительным повреждением, — говорит доктор Стостад. — Сперматозоиды особенно подвержены окислительному повреждению, которое может привести к таким аномалиям, как те, что мы наблюдали. Однако о том, как форма клетки влияет на риск окислительного повреждения, известно очень мало, поэтому нам нужно больше исследований».

Хотя все сперматозоиды выполняют одну и ту же функцию — оплодотворение яйцеклетки — существует тысячи их различных форм. От крючкообразных сперматозоидов мышей до змеевидных сперматозоидов кобр исследователи изучают это разнообразие десятилетиями, а штопорообразная форма сперматозоидов певчих птиц была впервые описана в начале XX века. Это новое исследование предлагает новую основу для понимания этого необычайного разнообразия форм сперматозоидов.