A spermiumok közötti kölcsönös segítségnyújtás a családi életen alapul • Alexander Markov • Tudományos hírek az "elemekről" • Genetika, molekuláris biológia

A spermiumsejtek közötti kölcsönös segítségnyújtás nepotizmuson alapul

Hörcsög spermiumok csoportosítása Peromyscus maniculatus. Képek a tárgyalt cikkbőltermészet

A spermatozoa kis sűrű állományokba keverhető, amely lehetővé teszi számukra, hogy egyetlen versenytársat érjenek el. Ez egy példája a kölcsönös segítségnek az altruizmus elemeivel, mert az egész állományból csak egy spermium sejt képes lesz megtermékenyíteni egy tojást. Mint kiderült, az amerikai hörcsögök Peromyscus maniculatusamelyben a nőstények egymással párhuzamosan több férfival társulnak, a spermiumok képesek megkülönböztetni a rokonokat az idegenektől, és főként a "sajátjukat" kombinálják. Egy közeli rokon monogám fajban P. polionotus a spermatozoidok nem rendelkeznek ilyen szelektivitással, ami teljes mértékben összhangban áll az állatok kiválasztásának elméletével.

A nőstényeknek sok hímekkel való poligráfia – a spermiumok között a tojás megtermékenyítéséhez való jog intenzív versenyt eredményez. Ez a verseny két szempontból tekinthető meg: egyéni spermiumok (egyetlen kromoszómussal) és egész hímek (kettős készlet). Az evolúciós fegyverkezési verseny (evolúciós fegyverkezési verseny), amelyet a spermium háborúk okoznak, specifikus adaptációk kifejlesztéséhez vezet mindkét szinten.Általában a spermiumokkal jellemzett fajok hímét könnyen meg lehet határozni a nagy herék. Minél többet termelnek, annál nagyobb az esélye az utódok elhagyására (tipikus példa a csimpánz). A spermek ugyanakkor sajátos adaptációkat is nyújthatnak egy olyan kétségbeesett versenyben, amelyben a nyertes gének megkapják a halhatatlanság esélyét. Az egyik ilyen eszköz a spermiumsejtek csoportokban való egyesülése, "fej-fej" vagy "fej-farok" összeragasztása (lásd az ábrát). Az elképzelés az, hogy ezek a csoportok gyorsabban mozognak a női nemi szervekben, és kilazulnak az egyéni versenytársakkal.

A spermium együttmûködésében az altruizmus egyik eleme, az egész csoport miatt csak egy spermiumsejt képes átadni génjeit a következõ generációknak, és a többiek feláldozzák magukat, hogy segítsék. De valószínűleg nem tudják előre, ki lesz a szerencséje, és a magányos sperma még mindig kevésbé valószínű, mint a csoport bármely tagja.

A poliandria esetében azonban előnyös, ha nem minden spermiumot, hanem csak egy rokon, vagyis ugyanazon férfi spermatozoidja.Egy hím spermaszint átlagosan 50% azonos génje van, ezért Hamilton szabálya szerint (lásd: Az együttműködés és az altruizmus fejlődése) minden spermiumcellát jövedelmezővé tesz, hogy feláldozza saját rokonai esélyeinek egy részét, ha teljes nyereségük több mint kétszerese veszteség. Ez egy másik dolog, amikor más emberek spermájáról van szó: önmaguk kárára való segítése teljesen veszteséges.

Így az elmélet szerint a poliandria által jellemzett fajok esetében a szelekció támogathatja a spermiumok azon képességét, hogy megkülönböztessék a rokonokat az idegenektől, és csak a "sajátjukkal" működjenek együtt.

Ennek a jóslatnak a tesztelésére a Harvard Egyetem (USA) tudósai tanulmányozták a sperma sejtek viselkedését két szorosan összefüggő, amerikai nemzetségbeli hörcsögfajban Peromyscus, amelyet Amerikában "szarvas egereknek" neveznek (lásd a megjegyzésben: A védő színezék evolúcióját egerekben molekuláris szinten tanulmányozták, "Elements", 2009.09.02.). Az egyik faj esetében (P. maniculatus) poliandria, és néha kevesebb, mint egy percet vesz igénybe egy nőstény párosodása között, két különböző férfival. A második faj nőstényei (P. polionotus) sokkal tisztább és inkább stabil családi kötelékeket. Ennek megfelelően a herék férfiakban P. maniculatus háromszor nagyobb P. polionotus.

Először is, a kutatók meg voltak győződve arról, hogy mindkét faj esetében a spermiumok általában csoportokat alkotnak. Ezek a csoportok, amint azt a kísérletek mutatják in vitro (in vitro) másodpercenként 127 mikrométeres átlagos sebességgel úsznak, és magabiztosan haladnak át olyan egyedeknél, amelyek átlagos sebessége csak 110 μm / s.

Ezután kísérleteket végeztek az egyesületek szelektivitásán. A különböző egyének spermáját két különböző fluoreszkáló festékkel (vörös és zöld) festették, majd figyelték őket mesterséges közegük viselkedésére. Ellenőrzésként az egyik hím spermatozoidot alkalmazták ezeknél a kísérleteknél, amelyek felét vörösre és félig zöldre festették. A monokróm spermák százalékos arányát minden csoportban megszámoltuk.

Kiderült, hogy ha kétféle spermatozoid keveredik, akkor túlnyomórészt fajtájú csoportokat alkotnak, vagyis fajuk szerint kombinálva. Ezért elérhető a képesség, hogy megkülönböztesse a "saját" és "idegen" a spermától.A második kísérletben két különböző hímivarú spermium kevert P. maniculatus. A rokonsági elv szerint monokróm csoportokat is létrehoztak. De amikor a kísérletezők két monogamus típusú hím spermáját keverték P. polionotus amelyekre a spermium háborúk nem relevánsak, a spermiumok vegyesen vörös-zöld csoportokat kezdtek alkotni. Így a kísérletek teljes mértékben megerősítették az elméleti elvárásokat: a polyandry fajban a különböző hímek spermatozousa különbözteti egymást, és csak "a sajátjukat" kombinálják, és a monogám fajokban a spermiumok nem rendelkeznek ilyen szelektivitással.

Az utolsó kísérletben a szerzők olvasható spermiumot állítottak fel P. maniculatus nagyobb kihívást jelentő feladat a két testvér spermiumának összekeverésével. Az ilyen csírasejteknek átlagosan 25% azonos génje van. A sperma sikeresen elhaladt ezen a teszten, főleg "saját" csoportjaival. Így a sperma képessége P. maniculatus a "saját" és az "idegen" megkülönböztetése nagyon tökéletes.

Ez a tanulmány egy csodálatos illusztráció a modern evolúciós modellek hatékonyságáról. Mindent Julius Caesarig végeztünk: "előre jelzett – ellenőrzött – megerősített".

Nem ismeretes a molekuláris mechanizmus, amellyel a spermiumok megkülönböztetik a rokonokat az idegenektől. Azonban feltételezhető, hogy ez ugyanolyan, mint a felnőtt emlősök közötti kommunikáció esetében, és hogy a fő hisztokompatibilitási komplex (MHC) és a speciális szaglóreceptorok szerepet játszanak benne (lásd: A fajta mindenki személyes kérdése, "elemek" 2006. február 15.). Ismert, hogy mind az MHC fehérjéket, mind a szaglóreceptorokat spermiumok termelik és a felületükön vannak jelen. Korábban egy érdekes hipotézist javasoltak, amely szerint ezek a molekulák segítik a spermatozoidot, hogy megtalálják a tojássejtet, ha az átkelés nem szoros kapcsolatban áll (Ziegler és mtsai, 2002, PDF, 380 Kb). Kár, hogy a szerzők nem figyeltek erre a kiadványra (és ezért nem tudtak elfogadható hipotézist felmutatni a molekuláris felismerési mechanizmusról).

Útközben ez a tanulmány érdekes kérdést vet fel: miért van a monogamus fajoknak a spermiumok általában véve, hogy csatlakozzanak a csoportokhoz, ha nem kell versenyezniük az idegenekkel? Természetesen ez magyarázható egyszerűen azzal a ténnyel, hogy a monogám hörcsögök örökölte ezt a tulajdonságot a nem monogám ősökből, és a spermiumok képesek megkülönböztetni másoktól, már sikerült megdőlniük, és a csoportosítás még nincs.De van egy másik lehetséges magyarázat, amely akkor működne, ha a "csoportba való beilleszkedés" jelét a spermium haploid genotípusa határozza meg, nem pedig a férfi diploid genotípusát. Sajnos még mindig nem tudjuk, hogy ez így van-e. De ha igen, akkor a probléma megoldása az ugyanazon férfi sperma közötti versenyben rejlik. Az ilyen verseny vezetheti az evolúciót, mert a sperma nem azonos genomokkal rendelkezik.

Ennek eredményeképpen érdekes, nem szabványos feladatot végzünk a genetika számára. Ha egy mutáns hím jelenik meg a monogám populációban, amelyben a spermiumok felének új szerepe lesz "a csoportba való beilleszkedésnek", és ha a spermiumcsoportok mindig egyedül haladnak, akkor ennek a muénnak minden gyermeke öröklik ezt a mutációt (de nem fele). bármely más mutáció esetében). Ha a mutáció két heterozigóta hordozója átkerül, akkor a gyerekek felének homozigóta lesz (normál esetben csak egynegyede homozigóták). Az ilyen szokatlan tulajdonságok miatt egy új mutáció valószínűleg hamarosan eltávolítja a versengő allélt a populációtól, amely nem ad lehetőséget a spermiumok számára a csoportok kialakítására.Ennek eredményeképpen egy új örökletes vonás a populációban rögzül, amelyre a lakosság egésze vagy az egyes hímek egyáltalán nem szükségesek, mivel viszonylagos reprodukciós sikerük nem függ ettől a tulajdonságtól (a mi modellünkben, az ilyen tulajdonságú hímek és anélkül, hogy átlagosan azonos számú utódot hagynának) . Ebben az esetben a kiválasztás kizárólag az önző spermiumok érdekében fog működni.

Forrás: Heidi S. Fisher, Hopi E. Hoekstra. A verseny ösztönzi az együttműködést a szarvas egerek spermiumának párjai között // természet. Előzetes online kiadvány 2010. január 20.

Lásd még a polyandry és a spermium háborúkat:
1) M. L. Butovskaya. A padló titkai. Ember és nő az evolúció tükörében.
2) R. Baker. Spermi háborúk, PDF, 2,8 Mb (népszerű tudományos könyv az ember spermium háborúinak evolúciós következményeiről).
3) Az anyák bántalmazása előnyös az utódok számára, "Elements", 2006.11.09.
4) A családi kapcsolatok az emberi evolúció megértésének kulcsa, "Elements", 09.10.2009.
5) Miért üvöltözik a nőstények főemlősége a szex közben ?, "The Elements", 07.07.2008.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: