U ludzi każdy plemnik działa samodzielnie: komórki plemnikowe ścigają się ze sobą, by dotrzeć do jajeczka i pierwszy, który dopada celu, zapładnia je. Ale u wielu innych zwierząt plemniki mogą łączyć razem siły w rodzaj spółdzielczych pakietów, żeby prześcignąć płynące samotnie plemniki.
Weźmy
myszaka leśniego. Plemniki tego powszechnie występującego w Ameryce Północnej gryzonia mają główki, które wyglądają jak spłaszczone wiosła z małymi haczykami, zamiast zwykłych główek w kształcie kropli łez. Te główki potrafią sklejać się razem, tworząc zgrupowania do 35 plemników. Naukowcy rozsądnie założyli, że pływają lepiej jako drużyna, ale nie jest tak zawsze. Są tu grupy lepsze i gorsze, które ledwie się poruszają.
Heidi_Fisher z Harvard University wie, dlaczego. Jej współpracownicy, Luca Giomi i L Mahadevan, stworzyli model matematyczny, który symuluje ruchy pływającego plemnika. Pokazuje on, że choć grupa nie płynie szybciej, płyną w prostej linii, ponieważ chwiejne ruchy każdego z osobna znoszą się. Szybkość poruszania się grupy pozostaje ta sama, ale prędkość docierania do celu – po linii prostej– wzrasta. „Łącznie szybciej docierają do mety” – mówi Fisher.
Kiedy jednak zgrupowanie staje się zbyt duże, jego członkowie utrudniają sobie wzajemnie ruchy i prędkość spada. Optymalną liczbą jest siedem. Drużyny składające się z siedmiu plemników docierają do jajeczka szybciej niż zarówno mniejsze, jak większe grupy.
Kiedy Fisher mierzyła czas rzeczywistych plemników pod mikroskopem, stwierdziła, że zachowują się dokładnie tak, jak przewidywał model: grupy siedmiu plemników rzeczywiście miały największą prędkość. A myszaki świetnie potrafią spełnić wymagania co do liczebności plemników. Fisher porównała plemniki dwóch gatunków – myszaka leśnego i Peromyscus polionotus (oldfield mouse, gryzoń z rodziny chomikowatych) – i stwierdziła, że u obu przeciętna liczna plemników w zgrupowaniu wynosiła sześć lub siedem.
Fisher odkryła jednak zasadniczą różnicę między tymi dwoma gatunkami: myszaki leśne w jakiś sposób lepiej panują nad wielkością zgrupowań plemników. Spójrzcie na wykres poniżej. Czerwone romby przedstawiają przeciętną wielkość zgrupowań plemników u różnych samców myszaka leśnego; wahają się od 5 do 7. Niebieskie romby przedstawiają przeciętną wielkość zgrupowań u samców Peromyscus polionotus; wahają się one od 4 do 9.
Przeciętna liczba plemników w zgrupowaniu u myszaków leśsnych i *Peromyscus polionotus*. Romby przedstawiają indywidualnych samców. Fisher et al. 2014.Dlaczego? Ponieważ te dwa gatunki, choć blisko spokrewnione, mają bardzo różny styl życia seksualnego. Peromyscus polionotus są ściśle monogamiczne: samice kojarzą się tylko z jednym samcem. Myszak leśny jest rozwiązły: samice kopulują z wieloma samcami, jednym za drugim i często mają w organizmach plemniki wielu zalotników. Te komórki muszą potem konkurować o zapłodnienie jajeczek samicy.
Tak więc, w porównaniu do spokojnych Peromyscus polionotus, myszaki leśne poddane są silnemu naciskowi ewolucyjnemu, by mieć bardziej konkurencyjne plemniki. Dlatego ich plemniki są lepsze w gromadzeniu się we właściwe ilości do pływania w prostej linii.
Są także lepsze we wzajemnym rozpoznawaniu się. W 2010 r. Fisher pokazała, że plemniki myszaków leśnych wolą zadawać się z plemnikami tego samego gatunku, a szczególnie z plemnikami tego samego samca. Komórki plemnikowe Peromyscus polionotus są mniej wybredne; po prostu przyczepiają się do wszystkiego, co jest w pobliżu.
Badacze nadal nie rozumieją, w jaki sposób myszaki leśne lepiej kontrolują wielkość swoich drużyn plemnikowych. „To jest następny etap” mówi Hopi Hoekstra, która kierowała badaniami. Nie wiedzą także, jak komórki trzymają się razem; wbrew temu, co sądzili, haczyki nie biorą w tym udziału. „Jak właściwie trzymają się razem i rozpoznają się wzajemnie? Nie mamy żadnego pojęcia”.
Podobne naciski ewolucyjne ukształtowały plemniki innych zwierząt. U mrówek pustynnych, Cataglyphis savignyi, samice także kopulują z wieloma samcami, komórki plemnikowe także gromadzą się w grupy (50 do 100 komórek!) i grupy te także pływają szybciej niż pojedyncze komórki. U pływaków żółtobrzeżków setki a nawet tysiące plemników potrafią zjednoczyć się w długie, podobne do robaków pociągi, które nawigują po przypominających labirynt drogach rozrodczych samic – im bardziej zawiła jest jej budowa, tym lepiej współpracują plemniki. Plemniki rozwiązłej myszy zaroślowej także tworzą podobnie spektakularne pociagi.
U wszystkich tych stworzeń plemniki łączą się po wytrysku, ale plemniki oposów są przygotowane z góry. Komórki tworzą pary w ciele samca i kiedy dostają się do ciała samicy ich ogonki zaczynają zsynchronizowane machanie, jak para kończyn żaby. Ich zgrupowania są znacznie mniejsze niż u pływaków żółtobrzeżków, mrówek pustynnych lub myszaków, ale są chyba najlepszym przykładem współpracujących plemników. Kiedy są same, te plemniki pływają bez sensu w kółko. Mogą stworzyć następne pokolenie oposów tylko jako zespół.
*Źródło:* Fisher, Giomi, Hoekstra & Mahadevan. 2014. The dynamics of sperm
cooperation in a competitive environment. bioRxiv http://dx.doi.org/10.1101/006890
These mice excel at assembling the ideal sperm swim teams/
Not Exactly Rocket Science, 23 lipca 2014 r.
Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska
