Představa, že k oplodnění vede především soupeření jednotlivých spermií o co nejrychlejší cestu k vajíčku, neplatí pro řadu členovců. U těchto živočichů mohou spermie vytvářet páry, shluky nebo složitější útvary, v nichž jsou navzájem fyzicky spojeny. Nová práce týmu vedeného R. Antoniem Gomezem ze Syracuse University zmapovala výskyt tohoto jevu napříč evolučním stromem členovců. Podle studie zveřejněné v časopise Nature Communications jde o starý a rozšířený znak, nikoli o vzácnou zvláštnost několika druhů.
Autoři označují tento jev jako konjugaci spermií, tedy spojení dvou či více spermií do jednoho útvaru. Buňky se přitom vážou přímo mezi sebou nebo prostřednictvím materiálu vylučovaného samcem. Tento materiál, označovaný anglickou zkratkou SAM, může tvořit tenkou vrstvu mezi hlavičkami spermií, obal kolem skupiny buněk nebo tyčinkovitou strukturu, na niž se spermie přichytávají. Takové útvary vznikají v samčím rozmnožovacím traktu a jejich podoba se mezi druhy výrazně liší.
Výzkumníci shromáždili údaje o ultrastruktuře spermií, tedy o jejich stavbě pozorované především mikroskopickými metodami, pro 615 druhů členovců. Přidali také šest druhů příbuzných živočišných skupin jako srovnávací větev, takže celkový soubor zahrnoval 621 druhů. Data promítli do časově kalibrovaného evolučního stromu. Zastoupeny byly všechny dnes žijící podkmeny členovců a 87 ze 129 jejich taxonomických řádů. Nesledované řády jsou podle autorů většinou malé a jejich spermie dosud nebyly podrobně popsány.
Časté zisky i ztráty znaku
Analýza ukázala, že nespojené spermie byly s vysokou pravděpodobností původním stavem u společného předka členovců. Konjugace se však následně vyvinula nezávisle v mnoha liniích. Modely odhadují 34 až 63 samostatných vzniků tohoto znaku a srovnatelný počet jeho ztrát. Autoři uvádějí, že konjugované spermie se poprvé objevily na vývojové větvi vedoucí k hmyzu a remipediím, skupině drobných korýšů, zhruba před 452,6 až 508,5 milionu let. Ve vzorku se konjugace vyskytovala ve více než třetině zkoumaných řádů členovců.
Přestože šlo pravděpodobně o odvozený znak, model naznačuje, že na větvích zkoumaného stromu byly spermie spojeny přibližně dvě třetiny evolučního času. Tento výsledek neznamená, že dvě třetiny dnes žijících druhů mají konjugované spermie. Jde o statistický odhad délky větví evolučního stromu, na nichž se daný stav podle modelu vyskytoval. Nejčastější podobou byly shluky spermií, vedle nich vědci rozlišili páry, řetízkovité útvary zvané rouleaux, útvary přichycené k tyčince a skupiny uzavřené v obalu.
Za důležitý předpoklad vzniku konjugace označuje studie právě spermie asociovaný materiál. Všechny zkoumané případy spojených spermií jej obsahovaly. Bayesovské evoluční modelování navíc podpořilo scénář, podle něhož se tento materiál ve většině linií objevil dříve než samotné spojování spermií a později se strukturálně měnil. Materiál tedy mohl vytvořit podmínky pro vznik různých typů spermiových útvarů. U části linií ale mohly obě vlastnosti vzniknout současně, protože časový odstup mezi nimi nelze z dostupných dat vždy rozlišit.
Společné molekulární stavební prvky
Vedle evoluční rekonstrukce autoři porovnali bílkovinné složení tyčinkovitých struktur spermatostylů u čtyř druhů ploštic a s dříve analyzovanými šesti druhy vodomilovitých brouků. Spermatostyly se v obou skupinách vyvinuly nezávisle. Přesto měly jejich proteomy, tedy soubory přítomných bílkovin, společné rysy. U ploštic a brouků se opakovaně ve vysokém zastoupení objevovaly sperm-leucylaminopeptidázy, enzymy ze skupiny bílkoviny štěpících aminopeptidáz. Zjištění podporuje hypotézu, že nezávislý vznik podobných struktur mohl využívat částečně stejný molekulární základ. Autoři současně upozorňují, že překryv bílkovin sám o sobě nedokazuje společný mechanismus: proteiny mohly být do struktur nabírány také kvůli podobné funkci či podobnému způsobu své tvorby v tkáních.
Studie přímo netestovala, zda spojené spermie zvyšují rychlost pohybu, úspěšnost oplodnění nebo rozmnožovací úspěch konkrétních druhů. Dosavadních měření pohyblivosti takových útvarů je málo a jejich výsledky nejsou jednotné. Některé spojité útvary jsou navíc před rozpadem nepohyblivé, což nevysvětluje jednoduchá představa o rychlejším plavání. Vědci proto vedle možnosti pohybové výhody zvažují, že spojení spermií může pomáhat dopravovat a déle udržet samčí látky v zásobních orgánech samice. Závěry se týkají evoluce členovců a nelze je bez dalšího vztahovat na lidskou plodnost ani na postupy její léčby.
Zdroj: ScienceDaily
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.