У війнах сперми верх беруть груба сила і хімія

"Коли самка утворює пари більш ніж з одним самцем - а жіноча безладність зв`язків поширена в природі дуже широко - між самцями відбувається постійна боротьба за увагу жіночої особини і продовження роду.

Ми хотіли зрозуміти, яким чином сперматозоїди борються один з одним за можливість запліднити яйцеклітину. Адже цей внутрішній статевий відбір - не менш важлива рушійна сила еволюційних змін", - Розповідає Пітнік.

Насіннєва рідина може атакувати незнайомця, але не здатна захистити свої власні сперматозоїди (фото Scott Pitnick / Syracuse University).

Чоловічих особин з різно розфарбованими сперматозоїдами дали можливість послідовно лежати з самкою. За тим, що відбувається далі спостерігали за допомогою мікроскопа (а також заморожуючи і препаруючи самок на різних стадіях після злягання).

Вченим був відомий один цікавий факт: у дрозофіл виду D. melanogaster той самець, який сполучається з самкою останнім, запліднює 80% її яйцеклітин, а все ті особини, що йому передували, задовольняються залишилися. Механізм цього дивного процесу раніше був біологам невідомий. Але на цей раз вдалося встановити, що ж відбувається насправді.

"Коли ми спостерігали за поведінкою світиться сперми в мікроскоп, наші щелепи впали на підлогу. Виявилося, що всередині органів, в яких жіночі особини зберігають сперму, відбувалося не просто постійний рух, а цілий ланцюжок подій із застосуванням грубої сили і хімікатів", - Говорить Скотт. (Подивитися записані відео можна нижче, а також тут і тут, MOV-файли.)

Можливо, таке велике (і навіть надлишкове) кількість сперматозоїдів - відповідь на жорстку конкуренцію між самцями (фото Boris Baer / University of Western Australia).

У своїй статті в Science вчені пишуть, що кожен самець за один акт злягання передає самці близько 1400 сперматозоїдів. При цьому в трьох органах-сховищах (сліпих трубках, що відгалужуються від статевих шляхів жіночої особини) може залишитися тільки 500 з них.

Після зустрічі з першим самцем самка або сама виганяє частина сперми з "запасників", Або цей процес запускають хімічні сполуки, що містяться в спермі другого самця. Мало того що розгортається справжня хімічна війна, так ще й рух другої групи сперматозоїдів настільки запеклий, що за місце під сонцем доводиться боротися чисто фізично.

Через кілька годин після запліднення самка повторно стискає внутрішні органи, і ті сперматозоїди, що не встигли закріпитися всередині трьох трубок, викидаються назовні, втрачаючи всякий шанс запліднити яйцеклітину.

Скотту і його колегам вдалося вивести самців інших видів комах (а також гібриди), Сперма яких теж світилася. У найближчому майбутньому вчені планують дізнатися, що відбувається, коли в організм жіночої особини потрапляє чужа сперма.

Механізми, що зумовлюють виникнення воєн сперматозоїдів, ймовірно, еволюціонували у бджіл і мурах окремо (фото STRI).

"Жіночі особини багатьох видів - від хребетних до комах - часто спаровуються відразу з декількома партнерами. Сперма пристосувалася до конкуренції самців на своєму власному рівні", - Вважає Вільям Еберхард (William Eberhard) з Смітсоніанського інституту тропічних досліджень, де проводилася частина роботи (фото Miriam Arrueta / STRI).

У другій роботі в якості об`єкта дослідження були обрані соціальні комахи: бджоли і мурахи-листорізи з Панами. З`ясувалося, що у них в гру вступають і жіночі особини, які в певний момент починають придушувати бойові дії сперматозоїдів. Однак відбувається це аж ніяк не з миролюбності, а на догоду власним інтересам.

Біологи з університетів Копенгагена (K benhavns Universitet і Західної Австралії (University of Western Australia) вивчили поведінку, мабуть, найбільш масових зберігачів і одночасно маніпуляторів спермою - королев вуликів і мурашників.

Королевам колоній необхідний гігантський запас сперматозоїдів. Наприклад, мурашина матка злучається з десятками самців протягом декількох годин лише одного разу в житті, збираючи таким чином 100-400 мільйонів сперматозоїдів.

Самці вмирають, але їх сперма живе в тілі королеви роками. Поступово завдяки цим запасам на світ з`являться від 50 до 150 мільйонів личинок. Бджолина матка живе трохи менше мурашиної, але і їй необхідно народити близько мільйона бджіл.

Однак, як з`ясували біологи, потрапляючи в тіло королеви, сперматозоїди цих комах теж не заспокоюються. "Деякий час вони продовжують боротьбу", - Розповідає один з учасників дослідження Якобус Бумсма (Jacobus Boomsma). Причому в цій боротьбі активну участь не тільки самі "штовхаються" сперматозоїди, але і потрапила разом з ними насіннєва рідина.

Бумсма і його колеги простежили за поведінкою сперматозоїдів як бджіл, так і мурах, помістивши їх на предметне скло мікроскопа в компанії соляного розчину, насінної рідини того ж самця або ж його суперника. Виявилося, що в своєму рідному середовищі сперма виживала довше, а в присутності чужої хімії вмирала швидше (за 15 хвилин знищувалося більше 50% чужинців), ніж просто в підсоленій воді.

У статті, також опублікованій в Science, біологи припускають, що в спермі присутні якісь речовини, які "доглядають" за своїми сперматозоїдами і псують життя чужим (атакують їх як імунна система).

Тобто виходить, що насіннєва рідина - не просто живильне середовище, а "думаюча" субстанція, здатна розрізняти друзів і суперників не гірше самих сперматозоїдів. Тепер група Якобус планує з`ясувати, які гени контролюють особливості складу насінної рідини, що дозволяють їй вибірково діяти на свої і чужі клітини.

"Дивно, що людям для зберігання сперми протягом тривалого часу необхідний рідкий азот, в той час як мурахи винайшли натуральні банки сперми, які працюють навіть при кімнатній температурі. Виходять, що вони мають набагато більш складними органами, ніж ми", - Говорить Бумсма в прес-релізі університету Копенгагена (фото Boris Baer / University of Western Australia).

Цікаво, що і самки у всій цій боротьбі займають активну позицію. Спочатку вони деякий час дозволяють сперматозоїдам битися між собою (мабуть, даючи таким чином можливість вижити найбільш пристосованим), після чого зупиняють війни, використовуючи свою власну хімію (особливий секрет).

Вчені встановили, що додавання рідини з органів мурашиної матки, скасовує негативний вплив насінної рідини самців. Якщо не зробити цього, то рано чи пізно запаси виснажаться і тоді постраждає вся колонія. "Кожна чоловіча статева клітина стає дорогоцінною", - Пояснює Бумсма.

Тому, що відбувається є і ще одне логічне пояснення: так як спаровування з кількома самцями збільшує генетичну різноманітність потомства і, відповідно, шанси на його виживання, то в інтересах сперматозоїдів всіх чоловічих особин через деякий час перестати нищити один одного.

Додаткове дослідження джмелів виду Bombus terrestris і "моногамних" мурах-листорізів Trachymyrmex показало, що у їх королев, спаровуються лише з одним партнером, немає такої ж боротьби сперматозоїдів. Їм просто-напросто нема з ким змагатися (фото Boris Baer / University of Western Australia).

Пітнік вважає, що обидві нинішні роботи дозволять краще зрозуміти особливості розмноження і еволюції комах. Однак виникає закономірне питання: чи будуть подібні війни коли-небудь виявлені в спермі людини? Навряд чи, вважає один з дослідників Борис Баер (Boris Baer). "Ви коли-небудь бачили жінку, яка б спарилася з 90 чоловіками за півгодини? - Запитує він і тут же додає: - З іншого боку, коли справа стосується сперми, треба бути готовим до всього".