Биологи Сиракузского университета выяснили, что объединение сперматозоидов могло неоднократно возникать в ходе эволюции членистоногих. Исследование охватило период примерно в 600 млн лет и показало, что подобное сотрудничество появлялось, исчезало и возникало вновь в разных группах животных. Работа опубликована в Nature Communications, о ней сообщил SciTechDaily.
При конъюгации сперматозоиды соединяются в группы, которые могут помогать клеткам двигаться и достигать яйцеклетки. Такое явление обнаружено у представителей группы, включающей насекомых, пауков, ракообразных и многоножек. По оценке ученых, конъюгированные сперматозоиды существовали уже у общего предка всех насекомых.
Для восстановления эволюционной истории исследователи использовали данные многолетних работ о строении сперматозоидов у сотен видов членистоногих. Эти признаки сопоставили с эволюционным древом, чтобы определить время появления и исчезновения разных форм коллективного поведения. «Эволюция фактически снова и снова проводила один и тот же эксперимент в разных группах членистоногих», — сказал ведущий автор работы Р. Антонио Гомес, постдокторант кафедры биологии Сиракузского университета.
Отдельное внимание ученые уделили материалу, связанному со сперматозоидами, — SAM. Это вещество, ограниченное мембраной, способно соединять клетки или формировать внешние структуры, удерживающие их вместе. Исследователи предполагают, что первоначально SAM возник для упаковки и защиты сперматозоидов, а позднее мог способствовать развитию конъюгации. «Сперматозоиды являются наиболее быстро эволюционирующим типом клеток», — отметил старший автор исследования Скотт Питник.
Проверить преимущества объединения можно только внутри женской репродуктивной системы, поскольку на лабораторных стеклах клетки ведут себя иначе. Группы сперматозоидов могут улучшать движение, координацию или доставку молекул к нужным участкам, однако конкретные выгоды и возможные издержки еще предстоит установить. По словам Стива Доруса, оплодотворение часто воспринимают как соревнование отдельных клеток, хотя у многих видов сперматозоиды взаимодействуют друг с другом и совместно влияют на репродуктивный успех.
Полученные данные могут быть полезны не только для изучения фертильности животных, но и для поиска способов борьбы с вредными видами. В качестве возможной цели ученые рассматривают пятнистую фонарницу — инвазивное насекомое, представляющее сельскохозяйственную угрозу в Нью-Йорке и других восточных штатах США. Ее сперматозоиды не объединяются в группы, а каждый из них полностью окружен толстым слоем SAM; если этот материал окажется необходимым для размножения насекомого, его нарушение может стать основой точечного метода контроля.