В гонке за яйцеклеткой сперматозоиды научились объединяться в группы. Причем не просто так: у полигамных видов они сливаются исключительно с родственниками.
Сперматозоиды доказали, что умеют не только драться за право оплодотворить яйцеклетку. Они еще и кооперируются, причем со своими родственниками.
Основное конкурентное свойство мужских половых клеток -- способность быстро плавать. Чтобы увеличить скорость плавания, они обзаводятся различными приспособлениями. Но есть и другой способ: сперматозоиды собираются в группы, которые общими усилиями многих жгутиков передвигаются быстрее. Так происходит у многих грызунов, например у серой крысы или лесной мыши. У них даже форма сперматозоидов меняется: чтобы легче было группироваться, на головке клетки имеется крючок.
Лемминги семейные и несемейные
Хайди Фишер (Heidi S. Fisher) и Хопи Хокстра (Hopi E. Hoekstra) с факультета эволюционной биологии Гарвардского университета (Harvard`s Department of Organismic and Evolutionary Biology) изучали поведение сперматозоидов у двух видов леммингов. Эти виды они взяли не случайно: похожие друг на друга внешне, они практикуют противоположные способы размножения. Peromyscus polionotus моногамны, живут семейными парами, а у Peromyscus maniculatus господствует промискуитет: одна самка спаривается с несколькими самцами.
Леммингов брали в специальном питомнике, выращивали в лаборатории, размножали и работали с молодыми самцами. Биологи применили особую методику, чтобы бережно извлечь сперматозоиды из семенных протоков. Половые клетки попадали в чашку Петри в среду с температурой 37 градусов.
Ученых интересовало, как поведут себя сперматозоиды, взятые от разных самцов одного вида. Чтобы их различить, они использовали флуоресцентный краситель: у одного самца зеленый, у другого -- красный. И помещали сперму двух самцов в одну чашку Петри.
Групповое плавание увеличивает скорость
Примерно через одну минуту сперматозоиды начинали образовывать группы, включающие от 2 до 40 клеток. При этом они соединялись головками, используя крючок. Исследователи измерили скорость их движения, используя систему слежения AxioVision. Оказалось, что группы действительно плавают быстрее: их средняя скорость -- 127,4 микрона в секунду, а скорость отдельных клеток -- 109,8 микрона в секунду.
Чтобы изучить, кто с кем кооперируется, биологи зафиксировали сперматозоиды формалином и рассмотрели препараты под фазово-контрастным микроскопом. Оказалось, что группы образованы почти полностью либо зелеными, либо красными клетками. То есть сперматозоиды кооперируются со своими родственниками -- клетками того же самца. Значит, они умеют различать своих и чужих.
Сперматозоиды узнают своих там, где это нужно
Интересно, что сперматозоиды предпочитают родственников только у полигамного вида P. maniculatus. Когда же ученые посмотрели на поведение половых клеток моногамного лемминга P. polionotus, они не нашли никакого разделения на своих и чужих. Клетки образовывали группы, но в равной степени как с клетками одного, так и другого самца. Очевидно, в природе при моногамном размножении у этих леммингов не возникает конкуренции сперматозоидов разных самцов, а значит, механизм узнавания им ни к чему.
Возникает вопрос, зачем им в этом случае вообще образовывать группы. Ученые рассуждают, что, раз группы дают преимущество в скорости плавания, значит, это вообще полезное свойство. Ведь любому сперматозоиду нужно как можно быстрее преодолеть чужую и потенциально опасную среду половых путей самки. С другой стороны, возможно, способность группироваться -- это древнее свойство, возникшее еще до разделения двух видов леммингов. При том что промискуитет -- более древняя стратегия размножения, чем семейные пары.
Альтруизм клеток в пользу особи
Этот пример демонстрирует преимущество, которое сперматозоиды получают не столько для себя лично, сколько для своих генов. Ведь в группе, которая плывет с большей скоростью, все равно лишь один из собратьев сольется с яйцеклеткой. Но все родственные сперматозоиды несут гены данного самца. Так что на уровне клетки это скорее альтруизм, а на уровне особи -- полезное приспособление.
«Открытие того, что сперматозоиды могут узнавать своих родственников, показывает, что они сложнее, чем считалось, -- говорит Хокстра. -- А поскольку большинство видов млекопитающих полигамны, вероятно, этот механизм узнавания широко распространен в природе».
Авторы статьи в Nature пока не знают, в чем заключается этот механизм. Скорее всего, его обеспечивает некий изменчивый белок на поверхности головки. Кстати, ученые говорят, что нет никаких доказательств того, что к созданию группировок способны сперматозоиды человека. Вероятно, им это не нужно.
