Биологи подтверждают роль конкуренции сперматозоидов в формировании новых видов

Эти процессы, известные под общим названием посткопулятивный половой отбор, приводят к множеству быстрых, скоординированных эволюционных изменений эякулята и характеристик женского репродуктивного тракта. Эти изменения были предсказаны как важная часть видообразования, процесса, в результате которого возникают новые биологические виды.
До сих пор черты и процессы, влияющие на успех оплодотворения, были плохо изучены из-за проблем, связанных с наблюдением за тем, что сперма делает в теле женщины, и с распознаванием сперматозоидов у разных мужчин. Практически ничего не известно о том, что определяет судьбу сперматозоидов при гибридных вязках, при которых может наблюдаться эволюционное несоответствие между признаками эякулята и женских репродуктивных путей.

Профессор Джон Белот преодолел эти проблемы путем генетической инженерии близкородственных видов плодовых мух с разными цветами светящейся в темноте спермы. Работая в тесном сотрудничестве со Скоттом Питником, Молли Манье и другими коллегами из лаборатории Питника SU, он может наблюдать взаимодействие эякулята и самки и конкуренцию сперматозоидов при гибридных вязках.
«Как возникают новые виды — один из самых важных вопросов, стоящих перед биологами, и нам еще предстоит многому научиться», — говорит Питник, профессор кафедры биологии Университета искусств и наук, добавляя, что механизмы, поддерживающие генетические границу между видами трудно определить. "Эта статья [в Current Biology], пожалуй, самая важная в моей карьере. Шесть лет на создание."

Белоте, также профессор кафедры биологии, говорит, что исследования полового отбора касались в основном прекопулятивного, а не посткопулятивного отбора. Это несоответствие отчасти связано с вышеупомянутыми трудностями изучения взаимодействия эякулята с эякулятом и эякулята с женщиной.

"Сосредоточившись на фенотипической дивергенции [i.е., генетический состав и влияние окружающей среды] между сестринскими видами при посткопулятивном половом отборе мы можем предсказать закономерности репродуктивной изоляции и причинные механизмы, лежащие в основе такой изоляции », — говорит он.

Помимо Белота и Питника, соавтором статьи является Уильям Т. Стармер, профессор биологии SU; Манье, бывший научный сотрудник SU, доцент кафедры биологии Университета Джорджа Вашингтона; Стефан Лупольд, доцент-исследователь SU; Кирстин С. Бербен, лаборант SU; Оути Ала-Хонкола, бывший научный сотрудник SU, биолог из Университета Ювяскюля (Финляндия); и Уильям Ф. Коллинз ’12, бывший студент Питника, кандидат в магистратуру Школы перспективных международных исследований Джонса Хопкинса.
Изучение полового отбора можно проследить до знаменитой книги Чарльза Дарвина «Происхождение человека и отбор в отношении пола» (1871). С тех пор на эту тему написано много. Что относительно легко увидеть, что делают самцы для доминирования — представьте себе морских слонов, резающих друг другу шеи, или снежных баранов, таранящих рога, — и то, что самки ищут в некоторых женихах, например, радужное оперение павлина-самца. проливает свет на прекопулятивный половой отбор.

Для сравнения: изучение того, что происходит после спаривания (i.е., посткопулятивный половой отбор) не началось до 1970-х годов. Кроме того, существуют неотъемлемые исследовательские проблемы.
«Трудно наблюдать конкуренцию между эякулятами и женской дискриминацией среди сперматозоидов, учитывая, что это происходит внутри женщины и может включать сложные биохимические, физиологические и морфологические взаимодействия», — говорит Питник. "Хотя у нас есть мощные инструменты для определения отцовства и для количественной оценки результатов конкуренции сперматозоидов и загадочного женского выбора, с тем же успехом это может быть 1871 год с точки зрения понимания особенностей и процессов посткопулятивного полового отбора."

В состав исследовательской группы входят (слева направо) Молли Манье, Стефан Лупольд, Скотт Питник и Джон Белоте.

В состав исследовательской группы входят (слева направо) Молли Манье, Стефан Лупольд, Скотт Питник и Джон Белоте.
Питник и Белот взялись за решение этой проблемы, генетически изменив мух, так что их головки сперматозоидов становятся флуоресцентными, красными или зелеными. Этот подход позволил им непосредственно наблюдать конкуренцию сперматозоидов внутри женщины, а также роль поведения женщины в судьбе сперматозоидов, например, когда она выбрасывает сперму, насильно выталкивая ее из своего репродуктивного тракта.

Центральное место в их исследованиях занимали два родственных вида плодовых мух, Drosophila simulans и D. mauritiana, которые произошли от общего предка более 260 000 лет назад — «мгновение ока» с точки зрения эволюции, говорит Питник. Работа с двумя тесно связанными мухами помогла ему и его команде лучше понять, как работает не только конкуренция сперматозоидов, но и быстро развиваются основные механизмы и процессы.

В результате Питник и Белот лучше понимают, что происходит, когда самка спаривается дважды (i.е., один раз с самцом своего вида и один раз с представителем родственного вида.Затем они могут оценить предсказуемость результатов, основываясь на знаниях о несовместимости эякулята и женщины.
«Вывод из нашего исследования состоит в том, что посткопуляционный половой отбор может быстро вызвать критическую несовместимость между эякулятами и женскими репродуктивными путями, которые ограничивают поток генов между изолированными популяциями или видами», — говорит Питник. "Поскольку распущенность самок и, как следствие, посткопулятивный половой отбор настолько распространены, он, вероятно, будет широко распространенным двигателем видообразования."

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *