В войнах спермы верх берут грубая сила и химия
У большинства видов насекомых, самки которых спариваются сходу с несколькими партнёрами, ожесточённая борьба за возможность оплодотворить яйцеклетки разворачивается не только до, но и по окончании совокупления. Подробности таковой войны раскрыли два параллельных изучения, совершённых биологами из америки, Австралии и Дании.
Несколько биологов под управлением Скотта Питника (Scott Pitnick) из американского университета Сиракуз изучила процессы, имеющие место между осеменением и фактически оплодотворением при помощи флуоресцирующих белков. Для этого они генетически поменяли сперму самцов плодовых мушек вида Drosophila melanogaster, дабы головки сперматозоидов одной особи светились зелёным, а второй – красным цветом.
«В то время, когда самка образует пары более чем с одним самцом – а женская беспорядочность связей распространена в природе весьма обширно – между самцами происходит постоянная борьба за внимание женской особи и продолжение рода.
Мы желали осознать, как сперматозоиды борются между собой за возможность оплодотворить яйцеклетку. Так как данный внутренний половой отбор – не меньше серьёзная движущая сила эволюционных трансформаций», — говорит Питник.
Семенная жидкость может атаковать незнакомца, но не может обезопасисть собственные сперматозоиды (фото Scott Pitnick/Syracuse University).
Мужским особям с различно раскрашенными сперматозоидами позволили последовательно совокупиться с самкой. За происходящим потом замечали при помощи микроскопа (и замораживая и препарируя самок на различных этапах по окончании совокупления).
Учёным был известен один интересный факт: у дрозофил вида D. melanogaster тот самец, что совокупляется с самкой последним, оплодотворяет 80% её яйцеклеток, а все те особи, что ему предшествовали, ограничиваются оставшимся. Механизм этого необычного процесса ранее был биологам малоизвестен. Но на этот раз удалось установить, что же происходит в действительности.
«В то время, когда мы следили за поведением светящейся спермы в микроскоп, отечественные челюсти упали на пол. Оказалось, что в органов, в которых женские особи сохраняют сперму, происходило не просто постоянное перемещение, а целая цепочка событий с применением неотёсанной химикатов и силы», — говорит Скотт. (Взглянуть записанные видео возможно ниже, и тут и тут, MOV-файлы.)
В собственной статье в Science учёные пишут, что любой самец за один акт совокупления передаёт самке около 1400 сперматозоидов. Наряду с этим в трёх органах-хранилищах (слепых трубках, ответвляющихся от половых дорог женской особи) может остаться лишь 500 из них.
Быть может, такое громадное (а также избыточное) количество сперматозоидов – ответ на твёрдую борьбу между самцами (фото Boris Baer/University of Western Australia).
По окончании встречи с первым самцом самка или сама выгоняет часть спермы из «запасников», или данный процесс запускают химические соединения, содержащиеся в сперме второго самца. Кроме того что разворачивается настоящая химическая война, так ещё и перемещение второй группы сперматозоидов столь ожесточённое, что за место под солнцем приходится бороться чисто физически.
Спустя пара часов по окончании осеменения самка повторно сжимает внутренние органы, и те сперматозоиды, что опоздали закрепиться в трёх трубок, выбрасываются вовне, теряя каждый шанс оплодотворить яйцеклетку.
его коллегам и Скотту удалось вывести самцов вторых видов насекомых (и гибриды), сперма которых также светилась. В скором времени учёные планируют выяснить, что происходит, в то время, когда в организм женской особи попадает чужая сперма.
Механизмы, обуславливающие происхождение войн сперматозоидов, возможно, эволюционировали у муравьёв и пчёл раздельно (фото STRI).
Во второй работе в качестве объекта изучения были выбраны социальные насекомые: пчёлы и муравьи-листорезы из Панамы. Стало известно, что у них в игру вступают и женские особи, каковые в определённый момент начинают подавлять боевые действия сперматозоидов. Но происходит это отнюдь не из миролюбивости, а в угоду собственным заинтересованностям.
Биологи из университетов Копенгагена (Kobenhavns Universitet и Западной Австралии (University of Western Australia) изучили поведение, пожалуй, самых массовых хранителей и в один момент манипуляторов спермой – королев муравейников и ульев.
Королевам колоний нужен огромный запас сперматозоидов. К примеру, муравьиная матка спаривается с десятками самцов в течение нескольких часов только в один раз в жизни, собирая так 100-400 миллионов сперматозоидов.
Самцы умирают, но их сперма живёт в теле королевы годами. Неспешно благодаря этим запасам на свет покажутся от 50 до 150 миллионов личинок. Пчелиная матка живёт чуть меньше муравьиной, но и ей нужно родить около миллиона пчёл.
«Женские особи многих видов – от позвоночных до насекомых – довольно часто спариваются сходу с несколькими партнёрами. Сперма приспособилась к борьбе самцов на своём собственном уровне», – вычисляет Уильям Эберхард (William Eberhard) из Смитсонианского университета тропических изучений, где проводилась часть работы (фото Miriam Arrueta/STRI).
Но, как узнали биологи, попадая в тело королевы, сперматозоиды этих насекомых также не успокаиваются. «Некое время они продолжают борьбу», — говорит один из участников изучения Якобус Бумсма (Jacobus Boomsma). Причём в данной борьбе участвуют не только сами «толкающиеся» сперматозоиды, но и попавшая вместе с ними семенная жидкость.
Бумсма и его сотрудники проследили за поведением сперматозоидов как пчёл, так и муравьёв, поместив их на предметное стекло микроскопа в компании соляного раствора, семенной жидкости того же самца либо же его соперника. Оказалось, что в собственной родной среде сперма выживала продолжительнее, а в присутствии чужой химии умирала стремительнее (за четверть часа уничтожалось более 50% чужаков), чем легко в подсоленной воде.
В статье, кроме этого размещённой в Science, биологи предполагают, что в семенной жидкости присутствуют некие вещества, каковые «заботятся» за собственными сперматозоидами и портят жизнь чужим (атакуют их как иммунная совокупность).
Другими словами получается, что семенная жидкость – не просто питательная среда, а «думающая» субстанция, талантливая различать соперников и друзей не хуже самих сперматозоидов. Сейчас несколько Якобуса собирается выяснить, какие конкретно гены осуществляют контроль изюминке состава семенной жидкости, разрешающие ей избирательно функционировать на собственные и чужие клетки.
«Страно, что людям для хранения спермы в течение долгого времени нужен жидкий азот, тогда как муравьи изобрели натуральные банки спермы, каковые трудятся кроме того при комнатной температуре. Получаются, что они владеют значительно более сложными органами, чем мы», – говорит Бумсма в пресс-релизе университета Копенгагена (фото Boris Baer/University of Western Australia).
Любопытно, что и самки во всей данной борьбе занимают активную позицию. Сначала они некое время разрешают сперматозоидам сразиться между собой (по всей видимости, давая так возможность выжить самый приспособленным), по окончании чего останавливают войны, применяя собственную химию (особенный секрет).
Учёные установили, что добавление жидкости из органов муравьиной матки, отменяет негативное действие семенной жидкости самцов. Если не сделать этого, то непременно запасы истощатся и тогда пострадает вся колония. «Любая мужская половая клетка делается драгоценной», — поясняет Бумсма.
Происходящему имеется и ещё одно логичное объяснение: так как спаривание с несколькими самцами увеличивает генетическое разнообразие потомства и шансы на его выживание, то в интересах сперматозоидов всех мужских особей через некое время прекратить уничтожать друг друга.
Дополнительное изучение шмелей вида Bombus terrestris и «моногамных» муравьёв-листорезов Trachymyrmex продемонстрировало, что у их королев, спаривающихся только с одним партнёром, нет такой же борьбы сперматозоидов. Им просто-напросто не с кем соревноваться (фото Boris Baer/University of Western Australia).
Питник уверен в том, что обе нынешние работы разрешат лучше осознать эволюции насекомых и особенности размножения. Но появляется закономерный вопрос: будут ли подобные войны когда-нибудь найдены в сперме человека? Вряд ли, считает один из исследователей Борис Баэр (Boris Baer). «Вы когда-нибудь видели даму, которая бы спарилась с 90 мужчинами за полчаса? — вопрошает он в этот самый момент же додаёт: – Иначе, в то время, когда дело касается спермы, нужно готовьсяко всему».
