Vzajemna pomoč med celicami spermijev temelji na familialnosti • Alexander Markov • Znanstvene novice o "Elementih" • Genetika, molekularna biologija

Medsebojna pomoč med spermetičnimi celicami temelji na nepotizmu

Skupina hmeljske skupine Peromyscus maniculatus. Fotografije iz članka v razpraviNarava

Spermatozo lahko združimo v majhne gosto jate, kar jim omogoča prehitevanje posameznih tekmovalcev. To je primer medsebojne pomoči z elementi altruizma, saj bo iz celotne jate samo ena spermija omogočila gnojenje jajc. Kot se je izkazalo, so ameriški hrčki Peromyscus maniculatusv katerih se ženske družijo z več moškimi zapored, lahko sperme razlikujejo sorodnike od tujcev in so večinoma združene z "njihovimi". V tesno povezani monogamni vrsti P. polionotus spermatozoa nimajo takšne selektivnosti, kar je povsem v skladu s predvidevanji teorije izbora kina.

Polyandry – parjenje žensk z mnogimi moškimi – vodi k intenzivni konkurenci med spermo za pravico, da gnojijo jajce. To tekmovanje je mogoče gledati z dveh vidikov: posamezni spermatozoidi (z enim nizom kromosomov) in celo moški (z dvojnim kompletom). Evolucijska oborožitvena tekma (evolucijska oboroževalna tekma), ki jo povzročajo vojne spermijev, vodi k razvoju posebnih prilagoditev na obeh ravneh.Praviloma so moški tistih vrst, ki jih zaznamujejo vojne spermijev, zlahka prepoznali z velikimi testisi. Bolj ko proizvajajo spermo, večja je njihova možnost, da zapustijo potomce (tipičen primer je šimpanzi). Sperme, s svoje strani, prav tako proizvajajo posebne prilagoditve za zmago v obupni dirki, v kateri zmagovalni geni dobijo priložnost za nesmrtnost. Ena od takih pripomočkov je, da se spermene celice združijo v skupine, lepljenjujo skupaj "glava v glavo" ali "glava do repa" (glej sliko). Ideja je, da se takšne skupine hitreje gibljejo v ženski spolni trakt in prehitijo posamezne konkurente.

V sodelovanju s spermo obstaja element altruizma, saj je celotna skupina le en spermijev celic prenese svoje gene na naslednje generacije, vsi ostali pa se žrtvujejo, da bi mu pomagali. Toda najverjetneje vnaprej ne vedo, kdo bo točno srečen, ostanki sperme pa bodo verjetno manj uspešni kot katerikoli član skupine.

Vendar pa je v primeru poliandrije koristno, da ne pomagajo vsakemu spermatozoidu, temveč samo sorodniku, to je spermi istega moškega.Ena moških spolnih celic ima povprečno 50% identičnih genov, zato je po Hamiltonovi pravici (glej: Razvoj sodelovanja in altruizem) vsaka spermija celica donosna, da žrtvuje del svojih lastnih možnosti za uspeh svojih sorodnikov, če je njihov skupni dobiček od njega več kot dvakrat izguba To je precej drugega, ko gre za spermo drugih ljudi: pomagati jim je v škodo samemu sebi je popolnoma nedonosna.

Tako teorija napoveduje, da lahko pri vrstah, za katere je značilna poliandrija, izbira lahko podpira sposobnost spermatozoce, da razlikuje sorodnike od tujcev in sodeluje le z "svojimi".

Za preizkušanje te napovedi so znanstveniki s Harvard University (ZDA) proučili vedenje sperme iz dveh tesno povezanih vrst ameriških hrčkov iz rodu Peromizcus, ki se v Ameriki imenujejo "jelenjadke" (glej o njih v opombi: Razvoj zaščitne barve pri miših smo proučevali na molekularni ravni, Elements, 02.09.2009). Za eno od vrst (P. maniculatus) poliandrija je značilna, včasih pa traja manj kot minuto med ušesom ene ženske z dvema različnima moškima. Ženske druge vrste (P. polionotus) bolj častni in imajo raje stabilne družinske vezi. V skladu s tem se testiramo pri moških P. maniculatus trikrat večje od tega P. polionotus.

Na začetku so raziskovalci prepričani, da v obeh vrstah spermatozo sestavljajo skupine. Te skupine, kot kažejo poskusi in vitro (in vitro) plavajo pri povprečni hitrosti 127 mikrometrov na sekundo in samozavestno prehitevajo posamezna, katerih povprečna hitrost je le 110 μm / s.

Po tem so bili opravljeni poskusi selektivnosti združenj. Spermatozo različnih posameznikov smo pobarvali z dvema različnima fluorescenčnima barvama (rdečim in zelenim), nato pa so bili nadzorovani za njihovo vedenje v umetnem mediju. Kot kontrolo so v teh poskusih uporabili spermatozo enega moškega, od katerih je bila polovica barve rdeče, polovica pa zelena. Preštel je odstotek monokromatičnih semenčic v vsaki skupini.

Izkazalo se je, da če sta dve vrsti spermatozoida mešani, tvorita pretežno konsistentne skupine, to je, da so združeni glede na njihovo vrsto. Zato je na voljo sposobnost razlikovanja med "njihovim" in "tujcem" iz sperme.V drugem poskusu smo mešali spermo dveh različnih moških P. maniculatus. Oblikovali so tudi monokromatske skupine po načelu srodstva. Toda, ko so eksperimentanti mešali spermo dveh moških monogamnega tipa P. polionotus za katere vojne sperme niso pomembne, je spermija začela oblikovati mešane rdeče-zelene skupine. Tako so eksperimenti v celoti potrdili teoretična pričakovanja: v vrsti s poliandrijo se spermatozo različnih moških med seboj razlikujeta in se kombinirajo samo z »lastno«, pri monogamnih vrst pa spermatozo nima takšne selektivnosti.

V končnem poskusu so avtorji postavili čitljive spermatoze P. maniculatus zahtevnejša naloga z mešanjem sperme dveh brate in sestre. Takšne zarodne celice imajo povprečno 25% identičnih genov. Sperm uspešno opravi ta test, ki tvori skupine predvsem z "njihovim". Tako je sposobnost sperme P. maniculatus na razliko med "njihovim" in "tujcem" je zelo popoln.

Ta študija je čudovita ilustracija učinkovitosti sodobnih evolucijskih modelov. Vse je bilo storjeno vse do Julija Cezarja: "predvideno – preverjeno – potrjeno".

Molekularni mehanizem, s katerim spermetične celice ločijo sorodnike od tujcev, ni znano. Vendar pa se lahko domneva, da je približno enako kot pri komunikaciji med odraslimi sesalci in da so vanj vključeni proteini glavnega kompleksa histokompatibilnosti (MHC) in specializirani vohalni receptorji (glej: Speciacija je osebna zadeva vsakogar, "Elements" 15. februar 2006). Znano je, da obe MHC beljakovini in vohalne receptorje proizvajajo spermatozoidi in so prisotni na njihovi površini. Pred tem je bila predlagana zanimiva hipoteza, v skladu s katero te molekule pomagajo spermatozo, da najde jajčne celice, če križanje ni tesno povezano (Ziegler et al., 2002, PDF, 380 Kb). Škoda, da avtorji niso pozorni na to publikacijo (in zato niso mogli ponuditi verjetne hipoteze o mehanizmu prepoznavanja molekul).

Ob tej priložnosti je ta študija zanimivo vprašanje: zakaj monogamne vrste sperme običajno motijo ​​pridružitev skupinam, če jim ni treba tekmovati s tujci? Seveda lahko to preprosto pojasnimo z dejstvom, da so monogamni hrčki podedovali to lastnost pred ne-monogamnim prednikom, sposobnost spermatozoce pa je, da se razlikujejo od drugih, že uspelo atrofirati in združevanje še ni.Vendar obstaja še ena možna razlaga, ki bi delovala, če se znak "sposobnost združevanja v skupine" določi s haploidnim genotipom samega spermatozoida, in ne z diploidnim genotipom moškega. Na žalost še vedno ne vemo, ali je to tako. Če pa je tako, potem je rešitev problema v konkurenci med spermo istega moškega. Taka konkurenca lahko vodi evolucijo, ker ima spermo neidentične genome.

Posledično dobimo zanimivo nestandardno nalogo za genetiko. Če se mutantni moški pojavi v monogamni populaciji, v kateri ima polovica spermijev nova značilnost »sposobnost združevanja v skupine« in če skupine sperme vedno prehitevajo posamezne, potem bodo vsi otroci tega moškega podedovali to mutacijo (vendar ne polovica). v primeru katerekoli druge mutacije). Ko prečkajo dva heterozigotna nosilca te mutacije, bo polovica otrok homozigotna (v normalnih razmerah bi bila le četrtina homozigotov). Zaradi takšnih nenavadnih lastnosti je verjetno, da bo nova mutacija kmalu zamenjala konkurenčni alel iz populacije, ki ne daje spermičnih celic priložnost za oblikovanje skupin.Posledica tega je, da bo nova populacija postala nova dedna značilnost, ki jo populacija kot celota ali posamezni moški ne potrebujejo, ker njihov relativni reproduktivni uspeh ni odvisen od te lastnosti (v našem modelu so moški s to lastnostjo in brez nje v povprečju zapustijo enako število potomcev) . V tem primeru bo izbor deloval samo v interesu sebičnega spermatozona.

Vir: Heidi S. Fisher, Hopi E. Hoekstra. Konkurenca spodbuja sodelovanje med pari sperme jelenjadih miši // Narava. Advance online publication 20. januar 2010.

Glej tudi vojne poliandrije in spermije:
1) M. L. Butovskaya. Skrivnosti tla. Človek in ženska v ogledalu evolucije.
2) R. Baker. Spermske vojne, PDF, 2,8 Mb (znanstvena knjiga o evolucijskih posledicah spermetičnih vojn pri ljudeh).
3) Razočaranje mater je koristno za potomce, "Elementi", 09.11.2006.
4) Družinski odnosi so ključ do razumevanja človeškega razvoja, "Elementi", 09.10.2009.
5) Zakaj ženske primate kričijo med seksom?, "Elementi", 07.07.2008.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Dodaj odgovor

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: