Новости искусства

Учeныe, учaствующиe в исслeдoвaнии вoспрoизвoдствa в лaбoрaтoрии oднoгo из типoв чeрвeй плoскиe, удaлoсь вывeсти линии, всe клeтки всex живoтныx (в тoм числe и спeрмaтoзoиды) сoдeржaт зeлeный флуoрeсцeнтный бeлoк. Этo пoзвoлилo им в рядe экспeримeнтoв, дeтaльнo исслeдoвaть успex рaзмнoжeния, oтслeживaя путь спeрмaтoзoидoв внутри чeлoвeкa-сoсуд. Oкaзaлoсь, чтo рeзультaт, успex рaзмнoжeния этoгo видa в бoльшeй стeпeни зaвисит нe oт кoличeствa спaривaний (кaк чaстo думaют), a нa эффeктивнoсть oплoдoтвoрeния — сoбытия, кoтoрыe прoисxoдят мeжду прoникнoвeния спeрмы дoнoрa в пoлoвыe пути кoнтeйнeрa и оплодотворением. Таким образом, впервые четко показывает, что наибольшее значение может иметь конкуренции между сперматозоидами в половых путей, а не конкуренция самих животных, за право спариться.

Конкуренция за право спаривания с самкой, как правило, считает, что одной из основных причин неравенства самцов в репродуктивном успехе. Различные виды такой конкуренции может принимать совершенно различные формы (от чрезвычайно кровавые столкновения мужчин в борьбе за женщину в экзотические стратегии вроде опечатывания полового отверстия самки после спаривания), но считается, что в выигрыше оказывается тот мужчина, который спарился большее количество раз и/или с большим количеством самок, и что это непосредственно определяет количество потомства от этого самца. Но иногда или даже довольно часто, дело может обстоять сложнее. Тот факт, что сперматозоиды разных самцов могут, с разной степенью вероятности, чтобы оплодотворить яйцеклетку. Повлиять на это может, например, морфология сперматозоидов (у некоторых мужчин они гораздо более подвижны, чем у других), их концентрация в сперме или — в случае, если самка спаривается с несколькими самцами — последовательность копуляций.

Сравнивая успех спаривания, и может определить, кто именно из мужчин стал отцом, ученые в какой-то степени могут оценить влияние описанных посткопуляционных факторов (качество спермы и так далее). Но, в целом, это явление — неравноценность спермы разных самцов — до сих пор остается мало изученным с точки зрения влияния на репродуктивный успех. В значительной степени это связано с трудностями методологического, в конце концов, проследить судьбу сперматозоидов после их попадания в репродуктивные пути самки не так просто.

Это удалось сделать международной группы ученых, участвующих в исследовании сексуального поведения червей Macrostomum lignano из класса ресничных червей (Turbellaria). Они вывели трансгенную линию этого червя, все клетки (в том числе и сперматозоиды), все животные, содержащие зеленый флуоресцентный белок (GFP). Таким образом, когда такие сперматозоиды попадают в половые пути «диких» (не генетически) личности, судьба, их будущее легко заметить (рис. 1, С).

Рис. 2. Фото (слева) и рисунок двух спаривающихся червей, каждая из которых приняла форму буквы G. Рисунок из статьи Л. Schärer et al. 2004. Mating behaviour of the marine turbellarian Macrostomum сп.: эти черви сосать

Червей Macrostomum lignano живет в литоральной зоне северной части Адриатического моря и относится к так называемой интерстициальной фауны (организмы, которые живут в нижней части, между остатков). Это маленькое прозрачное животное, длиной до 1,5 мм Прозрачность позволяет определить размер гонад и других подобных показателей живых червей. А в контексте обсуждаемого исследования это хорошо, в сочетании с применением GFP. В эксперименте использовали две линии: трансгенную GFP(+) и «дикий» GFP(−). Черви этого вида — гермафродиты, но для развития щенка необходимо сопряжение двух человек. В этом случае каждое животное выступает одновременно в роли мужской, так и женский человек. При копуляции оба животные принимают положение в виде буквы «G», так что мужской репродуктивный орган («стилет») вступает в семяпринимающую структуры партнера (антрум) (рис. 2). Спаривания можно наблюдать довольно часто, до 6 раз в час на одного человека. Сперма хранится в антруме некоторое время после спаривания, и только затем происходит оплодотворение. Поскольку спаривание происходит часто, в антруме может быть, это больше спермы многих людей.

Задача ученых состояла в том, чтобы увидеть различия в поведении сперматозоидов от разных доноров, в антруме контейнер. Тестируемые группы червей для спаривания подбирали таким образом, что емкость линии GFP(−) мог получить сперму от лиц обеих линий. Зеленый маркер GFP(+) передается по наследству как доминантный аллель, что позволило с легкостью оценить отцовство в каждой комбинации доноров спермы.

На подготовительном этапе ученые взяли 500 червей GFP(+) и 1000 червей GFP(−) и сидеть их в чашки Петри по 100 штук (линии, чтобы не смешивать). После 3 дней от яйца все взрослые были удалены. Далее, эксперименты проводились только с вылупившимися впоследствии животные, которые были, таким образом, примерно того же возраста. После 6 дней черви молодых людей сесть, образуя группы, 72 типа, где состоял 1 человек GFP(+) и 4 видов GFP(−), и 72 группы типа (всего 4 человека GFP(–)).

На самом деле, опыт начался в 70-й день, когда все люди полностью выросли и уже имел опыт спаривания (рис. 3). Для начала, всех червей на группы, типа И в течение дня содержали на субстрат, в состав которого входили синий пищевой краситель. Из-за расхода краски, эти люди приобрели голубоватый цвет, что позволяло легко отличать их от других. Далее червь GFP(+), уже имеет голубоватый цвет, подсаживали в группе типа и держали там три часа, после чего животных рассаживали, чтобы предотвратить другие виды взаимодействия. Все это фиксировалось на видео. Анализ видеосъемок считается число копуляций с участием единственный из группы червь GFP(+) и отдельно — количество копуляций с участием только четырех неразличимых лиц GFP(−). Далее каждый червь GFP(−) определяется количество сперматозоидов в GFP(+) (светящийся зеленый цвет) и количество сперматозоидов от червей GFP(−). В конце концов, каждый GFP(−) получено потомство, в котором были определены (также на зеленый свечению) доля потомков червя GFP(+).

Рис. 3. Схема проектирования эксперимента. Объяснение в тексте. Рисунок обсуждается статья Evolution

На основе этих параметров рассчитывали наборы функций для каждого червя GFP(+), которые затем используются в статистический анализ воспроизводства «производительность»:

• успех спаривания, МС (отношение числа копуляций в группе с этот червь GFP(+) в число копуляций между червями GFP(−) в этой группе);
• успех семяпередачи, СТС (отношения количества сперматозоидов, полученных червей GFP(−) на червя GFP(+), суммарное в данной группе количество сперматозоидов, полученных червей GFP(−) в спариваниях между ними);
• успех отцовства, PS (отношение числа потомков червя GFP(+) на число потомков червей GFP(−));
• посткопуляционный репродуктивного успеха, ПМС (которая равна PS и MS);
• эффективность передачи спермы, STE (соотношение параметров СТС и МС);
• эффективность оплодотворения, SFE (соотношение параметров ПС и СТС).

Кроме того, каждый червь GFP(+) определяли индивидуальные особенности: размер тела, размер семенника, длина стилета и морфология сперматозоидов (общая длина и длина жгутика). Одна из основных идей всего исследования было изучение отношения между этими характеристиками и параметрами успешного спаривания и оплодотворения из списка список.

При обработке данных используется модель, в которой межиндивидуальная изменчивость в целом, успех размножения у самок, выступающей в роли мужчины, зависит от параметров МС, STE, SFE, а также плодородия человека, выступающей в роли женского пола.

Анализ показал, что изменчивость общий успех размножения у разных индивидуумов,–»самцы» 11% объясняется изменчивостью плодородия личности–»женский», 6% — успех размножения (МС), 22% — эффективность переноса спермы (STE) и 52% — кпд оплодотворения (SFE). Кроме того, было установлено, что репродуктивного успеха положительно связан с размером яичек (рис. 4), но не зависит от других изучены морфологические.

Рис. 4. Положительная корреляция относительной успешного разведения (RS) и стандартизированные размер яичек. Рисунок обсуждается статья Evolution

Таким образом, обсуждаемое исследование показало, что турбеллярии Macrostomum lignano репродуктивного успеха индивидуума в качестве мужского пола в значительной мере определяется число спариваний (как часто думают, применяемых в большинстве видов), а эффективность осеменения, уже вступивший донора. То есть те события, которые имели место после вступления спермы внутри другого человека. Именно здесь спермы различных потенциальных родителей «конкурируют» друг с другом. Вместе с тем, лица, имеющие яички большие, в конце концов, имеют больше потомков. Предполагается, что это происходит потому, что они в состоянии передать больше доноров спермы, в каждый конкретный спаривания. Авторы считают, что выявленные модели могут быть применимы и в некоторых других животных, практикующих промискуитетную система спаривания, при которой каждый человек спаривается с разными партнерами и сколько-нибудь постоянных пар или воспроизведение групп (например, самец и две самки) не формируется.

Источник: Lucas Marie-Orleach, Тим Janicke, Дита B. Vizoso, and Lukas Schärer. Quantifying episodes of sexual selection insight from a прозрачный worm with флуоресцентный sperm // Evolution. 2016. Ст. 70. P. 314-328.

Алексей Опаев