Gry zespołowe plemników

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