Сперма-убийца предотвращает межвидовое спаривание червей

Нематода, представитель вида Caenorhabditis elegans

Нематода, представитель вида Caenorhabditis elegans
(фото Heiti Paves).

Электронная микрофотография червя после спаривания

Электронная микрофотография червя после спаривания
(иллюстрация Gavin Woodruff).

Нематода, представитель вида Caenorhabditis elegans
Электронная микрофотография червя после спаривания

Классическое определение биологического вида — это способность размножаться в пределах своей группы и неспособность размножаться вне её. Например, спаривание лошади и осла может привести к рождению мула, но мулы почти всегда стерильны из-за геномной несовместимости между двумя видами.

Подавляющее большинство времени спаривание представителей разных видов является неудачей в вопросах производства потомства. Однако, когда исследователи из Университета Мэриленда и Университета Торонто спаривали представителей разных видов червей рода Caenorhabditis, они обнаружили, что продолжительность жизни самок и численность их потомства резко сократились по сравнению с самками, которые копулировали с особями своего вида. Кроме того, самки, которые выжили в межвидовом спаривании часто оставались стерильными, даже если они впоследствии копулировали только с их собственным видом.

Затем исследователи решили рассмотреть стерильных и умирающих самок червей под микроскопом. Они использовали технику флуоресцентного пятна для того, чтобы визуализировать сперму в живых особях. Учёные обнаружили, что сперма представителей другого вида спровоцировала разрыв сфинктера матки червя и попала в яичники.

Нематода, представитель вида Caenorhabditis elegans
(фото Heiti Paves).

Там сперма преждевременно оплодотворила яйца, которые были затем не в состоянии развиться в жизнеспособное потомство. Сперма в конечном итоге уничтожила яичники, в результате чего возникло бесплодие. После чего она отправилась дальше по всему телу червя и вызвала повреждения тканей и, как следствие, смерть.

"Наши результаты оказались крайне удивительными. Как правило, самки просто выбирают сперму самцов своего вида во время оплодотворения, что не приводит к долгосрочным последствиям, поскольку потока генов между видами не существует", — говорит ведущий автор исследования Ашер Каттер (Asher Cutter), доцент экологии и эволюционной биологии в Университете Торонто.

Эти результаты, описанные в статье журнале PLOS Biology, являются первым свидетельством столь жёсткой взаимосвязи между спермой и репродуктивным трактом самок. Учёные, ознакомившиеся с данной работой, считают, что исследование необходимо продолжить с изучением и других видов.

Каттер сообщает в пресс-релизе, что "сперма-убийца" может быть результатом расхождения в эволюции половых органов разных видов червей, в частности, способности сперматозоидов физически конкурировать друг с другом. Когда самка червя копулирует с несколькими самцами, сперматозоиды "толкаются" друг с другом, соревнуясь за доступ к яйцам. Органы самки должны быть в состоянии выдержать эту конкуренцию, чтобы выжить и произвести потомство.

Электронная микрофотография червя после спаривания
(иллюстрация Gavin Woodruff).

Исследователи предполагают, что агрессивность спермы и способность матки выдерживать эту агрессию одинаковы в пределах одного вида, но не более. Таким образом, самка вида с менее активной спермой не может быть в состоянии выдержать агрессивное поведение сперматозоидов других видов.

Эта теория подтвердилась в ходе данного эксперимента. Черви-гермафродиты, которые обычно оплодотворяют себя сами, были наиболее восприимчивы к сперме представителей других видов и быстрее умирали. По мнению исследователей, матки гермафродитов эволюционировали таким образом, чтобы выдерживать только свою, менее активную сперму, и потому эти особи пострадали первыми от межвидового спаривания. Кроме того, учёные даже замечали, что гермафродиты чувствовали представителей других видов и пытались избежать любого с ними контакта.

Данная работа представляет собой особый интерес для эволюционных биологов. По современным подсчётам, видов животных на Земле насчитывается около 8,7 миллионов, и пока не до конца понятно, настолько далеки они друг от друга на эволюционном древе. Метод определения родства по спариванию мог бы дать подсказки в исследованиях такого рода.

Особенно интересно и то, что из общего правила бывают и исключения: порой в результате межвидовой копуляции рождается вполне жизнеспособное потомство. Учёные планируют в дальнейшем изучить поведение таких червей-гибридов и определить их судьбу при спаривании с представителями других видов.

Также по теме:
Найдена старейшая в мире сперма
В Бразилии обнаружены насекомые, самки которых обладают пенисами
Биохимики обнаружили белок, отвечающий за встречу сперматозоида и яйцеклетки
Морские слизни пронзают друг другу головы во время спаривания
Биологи разобрались в жестоких сексуальных привычках таитянских жуков
Сумчатые мыши принимают мученическую смерть ради секса