Нове дослідження, проведене біологами з Сіракузського університету, досліджує, як розвивалася співпраця між сперматозоїдами за останні 500 мільйонів років.
Під час кон’югації сперматозоїдів сперматозоїди працюють разом, як команда веслярів, утворюючи скоординовані групи, які покращують шанси досягти яйцеклітини. Нові дослідження показують, що ця співпраця широко поширена серед членистоногих, групи тварин, яка включає комах, павуків, ракоподібних і комах.
Вчені вперше описали кон’югацію сперматозоїдів більше століття тому, але довгий час це вважалося рідкістю. Тепер еволюційні біологи з Університету Сіракуз, Університету Сієни в Італії та Університету Сегеда в Угорщині простежили історію співпраці сперматозоїдів, яка охоплює сотні мільйонів років. Їх знахідки в Спілкування природипоказує, що навіть предки всіх комах мали кон’юговану сперму.
«Що робить цю закономірність такою цікавою, так це те, що еволюція використовує одне й те саме спільне рішення в дуже різних групах і протягом великих часових інтервалів», — говорить Стів Дорус, співавтор дослідження та професор біології в Коледжі мистецтв і наук Університету Сіракуз. «Ці приклади нагадують нам, що співпраця може бути такою ж важливою, як і конкуренція, у формуванні біологічного успіху».
Співпраця сперматозоїдів розвивається, зникає і повертається
Щоб відтворити цю історію, дослідники спиралися на десятиліття опублікованих досліджень, що описують структуру сперматозоїдів у сотень видів членистоногих. Вони нанесли ці ознаки на еволюційне генеалогічне дерево, щоб визначити, коли різні форми співпраці з’являлися, зникали та знову з’являлися. Отримана таблиця охоплює останні 600 мільйонів років і показує збільшення та втрату дублювання в основних групах членистоногих.
«Еволюція ефективно проводила той самий експеримент знову і знову на різних групах членистоногих», — говорить провідний автор Р. Антоніо Гомес, докторант біологічного факультету коледжу. «Це дозволяє нам бачити не тільки, коли сперма утворюється, але й коли вона зникає і знову з’являється в різних еволюційних умовах».
Команда також відстежила матеріал, пов’язаний зі спермою, або SAM, зв’язану з мембраною речовину, яка може зв’язувати сперматозоїди разом або формувати зовнішні структури, які організовують їх у групи. У багатьох видів цей матеріал допомагає утримувати кооперативну структуру. Дослідники підозрюють, що SAM спочатку еволюціонував для упаковки або захисту сперматозоїдів, і, можливо, пізніше відіграв ключову роль у походженні кон’югації.
«Сперматозоїди — це тип клітин, що швидко розвивається», — каже Скотт Пітнік, старший автор дослідження та професор біології в Коледжі мистецтв і наук Університету Сіракуз. «Вони утворюються внаслідок унікальних проблем функціонування поза тілом у складному середовищі жіночих репродуктивних органів».
Сперма поводиться по-різному всередині організму
Пітнік описує запліднення як складний процес, що включає складну взаємодію між сперматозоїдом і жіночими репродуктивними органами. Дослідники припускають, що групування може покращити рухливість або вирівнювання сперматозоїдів або допомогти транспортувати важливі молекули до певних місць уздовж маршруту. Щоб визначити, які переваги сприяють розвитку співпраці, потрібно спостерігати за тим, що роблять клітини в репродуктивних системах.
Це складно, тому що сперма на предметних стеклах, де вчені можуть легко їх спостерігати, виглядає інакше, ніж у жіночому тілі. Подальші дослідження вивчать, як групи сперматозоїдів функціонують у цьому середовищі, і визначатимуть вигоди та переваги об’єднання.
«Запліднення часто розглядають як конкуренцію між окремими сперматозоїдами, але в багатьох видів ми бачимо клітини, які працюють разом, що може вплинути на репродуктивний успіх», — говорить Дорус.
Отримані дані заохочують дослідників, які вивчають фертильність тварин, розглядати колективну поведінку разом із продуктивністю окремих сперматозоїдів. Автори припускають, що розуміння того, як клітини взаємодіють і використовують спільні структури, може в кінцевому підсумку сформувати нові підходи до репродуктивних проблем людини.
Чи можуть сперміциди допомогти боротися з вошами?
Дослідники також досліджують, чи може кон’югація сперматозоїдів і SAM запропонувати способи порушити розмноження шкідливих видів. Однією з потенційних цілей є плямистий ліхтар, інвазивна комаха, яка становить дедалі більшу загрозу для сільського господарства Нью-Йорка та інших східних штатів.
Сперматозоїди ліхтарів не утворюють кооперативних груп. Кожен сперматозоїд натомість загорнутий у товстий шар SAM, що дає дослідникам іншу репродуктивну структуру для вивчення.
«Кількість сперматозоїдів у них дуже незвичайна», — каже Пітнік. «Вони не з’єднуються, але кожен сперматозоїд повністю вбудований у цей матеріал, і ми навіть не знаємо, як вони рухаються».
Як ця функція закритих сперматозоїдів залишається невирішеною. Якщо SAM має важливе значення для розмноження міноги, його порушення може забезпечити чітко цілеспрямовану стратегію контролю.
Довідка: Р. Антоніо Гомес, Романо Даллаї, Девід Меркаті, Ріта Сінка, Стів Дорус і Скотт Пітнік «Дифузна конвергентна еволюція кон’югації сперматозоїдів через дерево членистоногих», 3 червня 2026 р. Спілкування природи.
DOI: 10.1038/s41467-026-73950-z
Це дослідження було профінансовано Національним науковим фондом (DEB-2011045 для RAG) і щедрим подарунком від Майка та Джейн Віден Університету Сіракуз.
Ніколи не пропустіть прорив: приєднуйтесь до інформаційного бюлетеня SciTechDaily.
Слідкуйте за нами в Google і Google News.
