Биологи Сиракузского университета выяснили, как кооперация сперматозоидов неоднократно возникала и исчезала в ходе эволюции членистоногих. Исследование охватывает период примерно в 600 миллионов лет и показывает, что объединение половых клеток встречается у разных групп насекомых, пауков, ракообразных и многоножек. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
При конъюгации сперматозоиды соединяются в группы и действуют согласованно, что может повышать вероятность достижения яйцеклетки и оплодотворения. Учёные из Сиракузского университета, Университета Сиены в Италии и Сегедского университета в Венгрии сопоставили сведения о строении сперматозоидов у сотен видов членистоногих с их эволюционным родством. Такой анализ показал, что подобная форма сотрудничества существовала уже у общего предка всех насекомых.
Исследователи также изучили связанный со сперматозоидами материал — SAM, мембранное вещество, способное скреплять клетки или формировать внешние структуры для их объединения. По предположению авторов, первоначально SAM мог служить для упаковки и защиты сперматозоидов, а позднее способствовал появлению конъюгации. «Эволюция фактически снова и снова проводила один и тот же эксперимент в разных группах членистоногих», — отметил ведущий автор работы Р. Антонио Гомес.
По словам соавтора исследования Стива Доруса, эволюция неоднократно приходила к сходным решениям, несмотря на различия между организмами и огромные промежутки времени. «Эти примеры напоминают нам, что сотрудничество может быть столь же важным, как и конкуренция, в формировании биологического успеха», — сказал он. Старший автор работы Скотт Питник добавил, что сперматозоиды относятся к наиболее быстро эволюционирующим клеткам, поскольку действуют вне организма в сложной среде женских половых путей.
Учёные предполагают, что объединение клеток может улучшать их движение и координацию либо помогать доставлять необходимые молекулы в определённые участки репродуктивной системы. Проверить эти преимущества трудно: на лабораторных стёклах сперматозоиды ведут себя иначе, чем внутри организма. В дальнейшем исследователи намерены изучить работу групп непосредственно в половых путях и определить выгоды и издержки такого сотрудничества.
Полученные данные могут быть полезны не только для изучения фертильности животных. Учёные рассматривают SAM как возможную мишень для контроля численности инвазивной пятнистой фонарницы, представляющей сельскохозяйственную угрозу в Нью-Йорке и других восточных штатах США. У этого насекомого сперматозоиды не объединяются, но каждый из них полностью окружён толстым слоем SAM; если материал окажется необходимым для размножения, нарушение его работы может стать точечным способом борьбы с вредителем. Об исследовании сообщило SciTechDaily.