Forsker finder ud af, at når sperm konkurrerer, æg har et valg

Den sart måde at danse mellem kræsne æg og kappesæd er mere kompliceret end forskere engang troede, og det kan rumme hemmeligheder om udviklingen af ​​nye arter.

I et papir offentliggjort i tidsskriftet Amerikansk naturforsker , Formand og professor i biologisk videnskab Don Levitan undersøger et rodmysterium i vores videnskabelige forståelse af seksuel reproduktion:Konkurrerer sædceller, og har æg nogensinde et valg?

Når det kommer til søpindsvin i det mindste, svaret er ja.

Ved hjælp af søpindsvinestammer ud for Canadas Stillehavskyst, Levitan satte sig for at bestemme i hvilken grad, blandt havdyr, der bruger ekstern befrugtning, sædceller fra flere hanner konkurrerer om at befrugte individuelle æg. Søpindsvin betragtes som en god modelart for videnskabsmænd, da de søger at forstå marine organismer bedre, fordi de tornede dyr nemt kan fås til at gyde.

Det gør dem perfekte til undersøgelse af befrugtning og kompatibilitet.

"Mønstre for befrugtning og udviklingen af ​​reproduktiv kompatibilitet er vigtige processer for marine organismer, " sagde Levitan. "De er mekanismer, der kan drive udviklingen af ​​nye arter, "

I naturen, søpindsvin frigiver skyer af sæd og æg, der befrugtes, mens de flyder i vandet. I dette studie, Levitan fik hanner til at gyde og indsamlede derefter bittesmå pakker havvand - nok til, at en sædpopulation straks kunne interagere med et æg - i sprøjter fyldt med snesevis af ubefrugtede æg.

Senere, Levitan udførte faderskabsanalyser på de nyligt befrugtede æg for at påvise antallet af individuelle mænds sædceller i prøverne. Hans resultater trodsede hans forventninger:Sperm fra flere hanner konkurrerede om at befrugte enkelte æg, og æggene syntes at vælge deres foretrukne makker blandt mængden.

"Mens vi forventede at finde ud af, at enkelte æg generelt støder på sædceller fra en enkelt han, vi fandt ud af, at æg ofte samtidig støder på sædceller fra mere end én han i det korte interval mellem sædkontakt og befrugtning, "Sagde Levitan." Dette er det første bevis på, at sæd fra forskellige mænd konkurrerer om det samme æg, hvilket indikerer en mulighed for æg til at have et valg."

Når sædceller suspenderet i havet leder efter en gunstig makker, de er afhængige af et overfladelag af genkendelsesproteiner til at binde sig til og befrugte modtagelige æg.

Ifølge en traditionel forståelse af udvælgelsesprocesser, sædcellerne med mere effektive proteiner bør udvælges systematisk, hvorimod sædceller med mindre effektive proteiner, med deres ringere egnethed til befrugtning, bør hurtigt udslettes fra genpuljen.

Imidlertid, det er ofte sådan, at sædceller med mindre effektive genkendelsesproteiner faktisk er mere tilbøjelige til at befrugte et æg.

"Det er lidt forvirrende, " sagde Levitan. "Man skulle tro, at inden for en art, det mest kompatible protein bør altid vælges. Så hvorfor ser vi konsekvent variation i effektiviteten af ​​disse proteiner i befolkningen?"

Svaret på dette spørgsmål kan findes i et evolutionært opkald og svar mellem temperamentsfulde sædceller og ægceller.

I tidligere forskning har Levitan har fundet ud af, at mindre kompatible proteiner kan favoriseres, når sædceller er så rigelige, at der er risiko for, at flere sædceller befrugter et æg, en dødelig proces kaldet polyspermi. Fordi mindre kompatible sædceller er mindre tilbøjelige til at oversvømme og dræbe et æg, æg kan udvikle lavere kompatibilitetsoverflader for at undgå polyspermi. På tur, sæd kan derefter udvikle sig til at matche disse nye ægoverflader. Dette kan producere en blanding af sæd- og ægkompatibilitetstyper, der sætter scenen for sædkonkurrence og ægvalg.

Når sæd fra flere mænd ankommer til et æg samtidigt, æg er i stand til at vælge den sæd, hvis genkendelsesproteiner er bedst egnede til sund befrugtning. Denne udvælgelsesproces kan anspore udviklingen af ​​nye genkendelsesproteiner, resulterer i sidste ende i reproduktiv isolation og, i nogle tilfælde, skabelsen af ​​helt nye arter.

"Seksuel selektion inden for en art kan forårsage variation i genkendelsesproteiner, og det kan føre til assortativ parring, hvor kun visse typer parrer sig med andre bestemte typer, " sagde Levitan. "Hvis du har assortativ parring, og du har forstyrrende udvælgelse, hvor individer, der går over til en anden type, ikke klarer sig særlig godt, som i sidste ende kan generere reproduktiv isolation og artsdannelse."

Disse processer er kritiske for marine arter, der bruger ekstern befrugtning, den store formering for reproduktion i havet. Men Levitan mener, at videnskabsmænd snart kan finde ud af, at sædkonkurrence og ægvalg er lige så vigtigt for intern gødning som pattedyr.

"Dette er den slags sæd- og ægcelle-interaktioner, der driver divergens mellem befolkninger, inden for populationer og blandt arter, " sagde Levitan. "Det, jeg håber, er at skabe interesse for disse interaktioner, så vi bedre kan forstå, hvor generelle de er for både internt og eksternt befrugtende arter."