Spermiumok háborúja

Az élőlények legnépesebb, legváltozatosabb csoportját az ízeltlábúak alkotják. Nem meglepő tehát, hogy a szaporodásuk is rendkívül sokféle. A rovarok egy része például életében csak egy alkalommal, ekkor viszont több hímmel párosodik. A nőstényeknek az ilyenkor begyűjtött spermával kell gazdálkodniuk egész életük folyamán. A kutatók joggal feltételezték, hogy - mint sok más állatcsoport esetében - ezeknél a rovaroknál is élénk vetélkedés zajlik a különböző hímek hímivarsejtjei között a petesejtek megtermékenyítéséért. A Science folyóiratban most közölt eredményekből azonban kiderült, hogy a vártnál bonyolultabb a helyzet.

A spermiumok közt akkor lehet versengés, amikor két vagy több hím párosodott ugyanazzal a nősténnyel. A hím rátermettségét rendszerint úgy határozzák meg, hány nőstényt képes megtermékenyíteni. Sok állatfajban azonban a termékeny nőstény több hímmel is párosodik. Az ilyen esetekre számos faj hímjeiben fejlődtek ki olyan mechanizmusok, amelyek előnyt nyújtanak saját spermiumaiknak, miután bekerültek a nőstény szaporítószervébe.

A rovarok - különösen a társas rovarok (hangyák, darazsak, méhek) - közt sok példát találunk arra, amikor a nőstény (a királynő) élete során csak egy alkalommal párosodik. Néhány fajnál egyetlen hím a szerencsés kiválasztott, és ennek a spermája termékenyíti meg a továbbiakban az utódok százait vagy akár százezreit. Más fajokban (egyes hangyák, háziméh) azonban a nőstény több hímmel is párzik egymást követően, mielőtt kizárólag a petetermelésnek szentelné életét. Ezekben az esetekben több hímből származó sperma keveredik a nőstény spermatékájában (a spermiumok tárolására szolgáló különleges szerv). Vajon hogyan dől el, mely hím (vagy hímek) ivarsejtjei lesznek a győztesek, azaz termékenyítik meg a nőstény petéit?

Háború a levélvágó hangyáknál

Egy dán kutatócsoport, amely 1992 óta tanulmányozta a levélvágó hangyák (Atta fajok) viselkedését Panamában a Smithsonian Trópusi Kutatóintézetben, fölfedezte, hogy azoknál a hangya- és méhfajoknál, amelyekben a királynők több hímmel párzanak a peterakás megkezdése előtt, a hímek megpróbálják előnyhöz juttatni a saját spermiumaikat. A hím ondófolyadéka elősegíti a saját hímivarsejtek túlélését a konkurens hímekéivel szemben. Hiába ügyeskednek azonban a hímek, amint a spermájuk bekerül a nőstény spermatékájába, az ott képződő mirigyváladékok semlegesítik a hímek ondófolyadékának hatását, és a különböző hímektől származó ivarsejteknek nagyjából egyenlő esélyük lesz megtermékenyíteni a petesejteket.

Levélvágó hangya (Atta faj) királynője a dolgozók körében

"Két különböző dolog játszódik le ez esetben" - magyarázza Jacobus Boomsma, a Koppenhágai Egyetem professzora. "Közvetlenül a párzás után versengés zajlik a különböző hímek spermája között. Ilyenkor még a sperma feláldozható. Később a sperma nagyon értékessé válik a nőstény számára, amely még sok évig (a levélvágó hangyák királynői 20 évig is élhetnek) használja azt saját petéi megtermékenyítésére, és több millió dolgozót hoz világra, amelyek fenntartják a kolóniáját."

Béke a muslicáknál

Egy amerikai kutatócsoport az ecetmuslica (Drosophila melanogaster) spermiumainak viselkedését tanulmányozta. John Belote és munkatársai a Syracuse-i Egyetemen különleges eljárással vizsgálták a hímivarsejteket. Genetikailag úgy módosították az ecetmuslicákat, hogy a hímivarsejtjeik feje piros vagy zöld színben fluoreszkált. A kutatók így példátlan részletességgel figyelhették meg, mi játszódik le az élő spermiumokkal a nőstény belsejében.

A muslicák szintén a poligám állatok közé tartoznak, nőstényeik azonban többször is párosodnak életük folyamán. Azért, hogy megállapítsák versengenek-e náluk is a hímivarsejtek a megtermékenyítésért, a kutatók "zöld fejű" és "piros fejű" spermiumokat termelő hímekkel pároztatták a nőstényeket.

Piros és zöld fejű spermiumok keveredése a nőstény muslica ivarszervében

A mikroszkóp alatt megfigyelhető volt a különböző hímekből származó spermiumok viselkedése a nőstény ivarszervében. Meghökkentő volt látni, amint a hímivarsejtek élénken mozogtak még a nőstény spermatékájában is. A kutatók megfigyeléseiből kiderült, hogy a muslicáknál nem vetélkednek a spermiumok, hanem nagyjából egyforma ütemben haladnak a spermatéka irányába, és egyenlő arányban vesznek részt a megtermékenyítésben.

A kutatók arról is beszámoltak a Science-ben megjelent cikkükben, hogy sikerült más (konkrétan meg nem nevezett) fajoknál is előállítani hasonlóan világító fejű spermiumokat, így a közeljövőben ezeknél is megvizsgálják a spermiumversengést, és az egyéb szaporodásbiológiai sajátosságokat.

A spermiumtermelés csodája

Egy átlag férfi 1500 hímivarsejtet termel egyetlen szívverés alatt. Ehhez a teljesítményhez rendkívül robusztus őssejtrendszer szükséges. A kutatók többsége azt feltételezte, hogy az őssejteknek ez a forrása az őssejtek egy egységes populációjából származik, és lineáris útvonalat követ a specializálódás folyamán, ami a végső, érett spermiumhoz vezet. A rágcsálók őssejtkészleteinek vizsgálata folyamán azonban kiderült, hogy egy homogén őssejt-populáció helyett egyetlen spermatogónia (a herék kanyarulatos csatornáin lévő sejtek) kisebb alpopulációja létezik normális őssejtkészletként. De nem ez az egyetlen őssejtraktár. Köztes csírasejtek - valahol az őssejtek és a spermiumok között - szolgálhatnak másik őssejtkészletként, például szövetkárosodás és regeneráció esetén. Ebből következően a differenciálódó spermatogonális populációk sorsa nem kőbe vésett, és visszafordítható lehet. Az eredmények alapján jobban megértjük a hímivarsejtek keletkezését az ősejtekből, de újabb rejtéllyel járulnak hozzá ahhoz a kérdéshez, mik is valójában az őssejtek.

Forrás: Science/AAAS

* * *

Rovatunk mostantól a Facebookon és a Twitteren keresztül is elérhető, ahol extra tartalmakat is kínálunk