Размер имеет значение: открыта роль длины сперматозоидов в естественном отборе
Сперматозоиды — наиболее разнообразный и быстро эволюционирующий тип клеток. Почему именно их природа наделила столь быстрой эволюцией — загадка, которая ставила биологов в тупик более века.
Чтобы решить ее, ученые из Центра репродуктивной эволюции Сиракузского университета в штате Нью-Йорк (CRE) потратили десятилетия на изучение биологии спаривания плодовых мушек. Эти маленькие и внешне ничем не примечательные насекомые скрывают внутри себя великий репродуктивный секрет: гигантские мужские половые клетки. Например, самцы Drosophila bifurca оплодотворяют своих партнерш всего парой десятков сперматозоидов, каждый из которых длиной 5,8 см (примерно в 20 раз длиннее тела самки) и скручен как клубок пряжи. При этом длина сперматозоидов разных видов мушек различается больше, чем у всех остальных представителей животного мира, вместе взятых.
Ранее было доказано преимущество длинных сперматозоидов в половом отборе в силу более благоприятных для них условий поглощения, хранения и использования в репродуктивном тракте самки. Авторы того исследования сравнили жгутики сперматозоидов с хвостами павлинов — их размер играет такую же роль, как перья фазана, рога оленя, горловой мешок лягушек и т. п. сексуальные украшения.
Генетические основы этих признаков оставались не вполне изученными. Ученые CRE с коллегами из других университетов восполнили этот пробел. Их исследование опубликовано в журнале Nature Ecology & Evolution.
Была измерена длина сперматозоидов и женского семенного сосуда 149 видов плодовых мушек, секвенирован их геном, а результаты сопоставлены с эволюционным древом дрозофил, чтобы проследить развитие за последние 65 миллионов лет.
Оказалось, что только около 19% генов, определяющих вариации в длине семенных клеток и сосудов, непосредственно кодируют сперматогенез и формирование яйцеклеток. Остальные отвечают также за развитие и функционирование центральной нервной системы, а также зрение и обоняние. Кроме того, генетическая изменчивость длины сперматозоидов коррелирует с плодовитостью самок в течение жизни, устойчивостью к голоданию и способностью находить пищу.
Сложный алгоритм и около 15 миллионов часов вычислительного времени в вычислительной сети OrangeGrid Сиракузского университета подтвердили генетическое перекрытие между длиной сперматозоидов и развитием и функцией нервной системы.
Таким образом, благодаря эволюции репродуктивных путей, призванных дать преимущество самцам с более длинными сперматозоидами, самки получили возможность выбора «хороших генов» — тех, которые повышают выживаемость и воспроизводство, — для передачи их потомству.
