De subtiel gemanierde dans tussen onderscheidende eieren en wedijverend sperma is ingewikkelder dan wetenschappers ooit dachten, en het kan geheimen bevatten over de evolutie van nieuwe soorten.

In een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Amerikaanse natuuronderzoeker , Voorzitter en hoogleraar Biologische Wetenschappen Don Levitan onderzoekt een wortelmysterie in ons wetenschappelijk begrip van seksuele voortplanting:concurreren sperma en hebben eieren ooit een keuze?

Als het tenminste om zee-egels gaat, het antwoord is ja.

Met behulp van zee-egelpopulaties voor de Pacifische kust van Canada, Levitan ging op zoek naar de mate waarin, onder zeedieren met behulp van externe bemesting, sperma van meerdere mannen strijden om individuele eieren te bevruchten. Zee-egels worden beschouwd als een goede modelsoort voor wetenschappers omdat ze mariene organismen beter willen begrijpen, omdat de stekelige dieren gemakkelijk kunnen worden aangezet om te paaien.

Dat maakt ze perfect voor de studie van bemesting en compatibiliteit.

"Patronen van bevruchting en de evolutie van reproductieve compatibiliteit zijn belangrijke processen voor mariene organismen, Levitan zei. "Het zijn mechanismen die de ontwikkeling van nieuwe soorten kunnen stimuleren, "

In de natuur, zee-egels laten wolken van sperma en eieren vrij die bevruchten terwijl ze in het water drijven. In dit onderzoek, Levitan zette mannetjes aan om te paaien en verzamelde vervolgens kleine pakketjes zeewater - genoeg voor een populatie sperma om onmiddellijk in contact te komen met een ei - in spuiten gevuld met tientallen onbevruchte eieren.

Later, Levitan voerde vaderschapsanalyses uit op de nieuw bevruchte eieren om het aantal individuele mannelijke spermacellen in de monsters te detecteren. Zijn bevindingen tartten zijn verwachtingen:sperma van meerdere mannetjes wedijverde om enkele eieren te bevruchten, en de eieren leken hun favoriete partner uit de menigte te kiezen.

"Hoewel we verwachtten dat enkele eieren over het algemeen sperma van een enkele man tegenkomen, we ontdekten dat eieren vaak gelijktijdig sperma van meer dan één mannetje tegenkomen in het korte interval tussen spermacontact en bevruchting, Levitan zei. "Dit is het eerste bewijs dat sperma van verschillende mannetjes strijdt om hetzelfde ei. wat wijst op een mogelijkheid voor eieren om een ​​keuze te hebben."

Wanneer in de oceaan zwevende zaadcellen op zoek zijn naar een gunstige partner, ze vertrouwen op een oppervlaktelaag van herkenningseiwitten om te binden aan receptieve eieren en deze te bevruchten.

Volgens een traditioneel begrip van selectieprocessen, het sperma met effectievere eiwitten moet systematisch worden geselecteerd, overwegende dat sperma met minder effectieve eiwitten, met hun inferieure geschiktheid voor bevruchting, moet snel uit de genenpool worden gehaald.

Echter, het is vaak zo dat sperma met minder effectieve herkenningseiwitten een grotere kans heeft om een ​​eicel te bevruchten.

"Het is een beetje puzzelen, "Zei Levitan. "Je zou denken dat binnen een soort, het meest compatibele eiwit moet altijd worden gekozen. Dus waarom zien we consequent variatie in de effectiviteit van deze eiwitten in de populatie?"

Het antwoord op deze vraag zou kunnen worden gevonden in een evolutionaire oproep en reactie tussen temperamentvolle sperma- en eicellen.

In eerder onderzoek is Levitan heeft ontdekt dat minder compatibele eiwitten kunnen worden begunstigd wanneer sperma zo overvloedig is dat er een risico bestaat dat meerdere spermacellen een eicel bevruchten, een fataal proces genaamd polyspermie. Omdat minder compatibel sperma minder snel een eicel overspoelt en doodt, eieren kunnen lagere compatibiliteitsoppervlakken ontwikkelen om polyspermie te voorkomen. Beurtelings, sperma kan dan evolueren om te passen bij deze nieuwe eieroppervlakken. Dit kan een mengsel van compatibiliteitstypes voor sperma en ei produceren die het toneel vormen voor spermaconcurrentie en eikeuze.

Wanneer sperma van meerdere mannen tegelijk bij een eicel aankomt, eieren kunnen het sperma kiezen waarvan de herkenningseiwitten het meest geschikt zijn voor een gezonde bevruchting. Dit selectieproces kan de evolutie van nieuwe herkenningseiwitten stimuleren, uiteindelijk resulterend in reproductieve isolatie en, in sommige gevallen, de creatie van nieuwe soorten helemaal.

"Seksuele selectie binnen een soort kan variatie in herkenningseiwitten veroorzaken, en dat kan leiden tot assortatieve paring, waar alleen bepaalde typen paren met andere bepaalde typen, "Zei Levitan. "Als je assortatieve paring hebt en je hebt verstorende selectie, waar individuen die overstappen op een ander type het niet zo goed doen, dat kan uiteindelijk reproductieve isolatie en soortvorming veroorzaken."

Deze processen zijn van cruciaal belang voor mariene soorten die externe bemesting gebruiken, de belangrijkste voortplantingswijze in de oceaan. Maar Levitan gelooft dat wetenschappers binnenkort spermaconcurrentie en eikeuze even belangrijk kunnen vinden voor interne meststoffen zoals zoogdieren.

"Dit zijn het soort interacties tussen sperma en eicellen die de divergentie tussen populaties veroorzaken, binnen populaties en tussen soorten, "Zei Levitan. "Ik hoop dat we interesse wekken voor deze interacties, zodat we beter kunnen begrijpen hoe algemeen ze zijn voor zowel intern als extern bevruchtende soorten."