Обнаружена способность сперматозоидов узнавать друг друга

Всем известно, что сперматозоидов обычно очень много, а яйцеклетка-цель одна или несколько штук. В общем, борьба происходит не шуточная. Однако и в ней есть место объединению усилий, особенно когда речь идёт об общем противостоянии другой особи, выяснили учёные из Гарварда.

Некоторые сперматозоиды с готовностью объединяются в подобные этому "поезда", чтобы быстрее добраться до яйцеклетки самки грызуна (фото Fisher,Hoekstra/Nature).

Хайди Фишер (Heidi Fisher) и Хопи Хоэкстра (Hopi Hoekstra) давно знали, что сперматозоиды некоторых грызунов способны объединяться в небольшие группы при помощи своеобразных крючков на головке. Десяток таких "альтруистов" двигается примерно на 50% быстрее единичной половой клетки, а значит, и цели достигает быстрее.

Когда речь идёт об одном самце, всё выглядит вполне логично: объединение даёт некоторое преимущество одному сперматозоиду из "скоростной" группировки. Но что происходит, если самку в течение короткого срока оплодотворяют сразу несколько мужских особей?

Хоэкстра и её коллега решили изучить происходящее на примере хомячков видов Peromyscus polionotus и Peromyscus maniculatus. Они обитают в разных частях Северной Америки, но при этом могут скрещиваться между собой в лабораторных условиях (и у P. polionotus, и у P. maniculatus сперматозоиды могут сформировывать "поезда").

Однако между двумя видами есть существенное отличие: первые грызуны обычно образуют моногамные пары, в то время как у вторых самка подчас за минуту спаривается сразу с несколькими партнёрами, в результате в её помёте запросто могут оказаться мышата от разных отцов.

В первом опыте Фишер и Хоэкстра просто смешали в чашке Петри подкрашенную разными веществами сперму самцов (как P. maniculatus, так и P. polionotus). Оказалось, что около трёх четвертей сперматозоидов объединились в группы по принципу принадлежности к тому или иному виду.

После успешного прохождения этого теста, клеткам предложили задачку посложнее: распознать "братьев" от одного самца. Учёные смешали в общем объёме сперматозоиды от разных особей одного вида.

Окрашенные разными цветами группы сперматозоидов, взятых от разных представителей вида P. polionotus (фото Heidi Fisher/Harvard University).

И тут проявились особенности конкуренции, возникающие вследствие различных сексуальных привычек видов. Сперматозоиды моногамных P. polionotus образовывали смешанные группы, то есть не смогли распознать друг друга. Что вполне объяснимо, ведь это им не нужно и в дикой природе. Им просто-напросто не приходится конкурировать.

Половые клетки P. maniculatus напротив легко узнавали друг друга в толпе и собирались согласно принадлежности той или иной особи. Соответственно, повышая шансы именно своих "отцов" на оплодотворение яйцеклетки. Правило действовало даже в том случае, когда биологи смешивали сперму от двух близкородственных мужских особей. "Нас шокировало, что фактически мышата из одного помёта конкурируют между собой так же, как отдельные виды", — говорит Фишер.

В своей статье в Nature авторы исследования делают и ещё одно важное замечание: многие клетки "поезда" раньше времени запускают реакцию, которая позволяет им пробраться сквозь стенки яйцеклетки. Это приводит к увеличению скорости группы, но при этом доводит некоторые сперматозоиды до подобия самоубийства.

Получается, данное эволюционное приспособление даёт преимущество только одному сперматозоиду, поэтому сколько-нибудь объяснимым данный альтруизм может быть только в случае очень близкой генетической схожести клеток в одном таком "поезде".

"Обнаруженное явление может быть весьма распространённым, так как 95% млекопитающих имеют неразборчивые половые связи", – отмечает Хоэкстра в пресс-релизе университета (фото Harvard).

Нынешнее исследование ещё раз подтвердило, что сперматозоиды не просто "сосуды", заполненные генетическим материалом определённой особи, они способны на некое примитивное подобие социального общения.

Теперь Хоэкстра и Фишер планирует выяснить, каким образом "братские" сперматозоиды распознают друг друга. Основных вариантов два: либо на поверхности клетки присутствуют какие-то химические маркеры, либо сперматозоиды узнают друг друга и самоорганизуются благодаря какому-либо генетическому процессу.