La danza delicata tra uova esigenti e sperma in competizione è più complicata di quanto un tempo credessero gli scienziati, e può contenere segreti sull'evoluzione di nuove specie.

In un articolo pubblicato sulla rivista naturalista americano , Il presidente e professore di scienze biologiche Don Levitan indaga su un mistero alla radice della nostra comprensione scientifica della riproduzione sessuale:gli spermatozoi competono e gli ovuli hanno mai una scelta?

Almeno quando si tratta di ricci di mare, la risposta è si.

Utilizzando popolazioni di ricci di mare al largo della costa del Pacifico del Canada, Levitan si proponeva di determinare il grado in cui, tra gli animali marini che utilizzano la fertilizzazione esterna, lo sperma di più maschi competono per fecondare i singoli ovuli. I ricci di mare sono considerati una buona specie modello per gli scienziati che cercano di comprendere meglio gli organismi marini perché gli animali spinosi possono essere facilmente indotti a deporre le uova.

Ciò li rende perfetti per lo studio della fecondazione e della compatibilità.

"I modelli di fecondazione e l'evoluzione della compatibilità riproduttiva sono processi importanti per gli organismi marini, " ha detto Levitan. "Sono meccanismi che possono guidare lo sviluppo di nuove specie, "

In natura, i ricci di mare rilasciano nuvole di sperma e uova che fecondano mentre galleggiano nell'acqua. In questo studio, Levitan ha indotto i maschi a deporre le uova e poi ha raccolto minuscoli pacchi di acqua di mare, sufficienti per consentire a una popolazione di spermatozoi di interagire immediatamente con un uovo, in siringhe piene di dozzine di uova non fecondate.

Dopo, Levitan ha condotto analisi di paternità sugli ovuli appena fecondati al fine di rilevare il numero di spermatozoi dei singoli maschi presenti nei campioni. Le sue scoperte hanno superato le sue aspettative:gli spermatozoi di più maschi erano in competizione per fecondare singole uova, e le uova sembravano scegliere il loro compagno preferito tra la folla.

"Mentre ci aspettavamo di scoprire che le singole uova generalmente incontrano lo sperma di un singolo maschio, abbiamo scoperto che le uova incontrano spesso contemporaneamente lo sperma di più di un maschio nel breve intervallo tra il contatto con lo sperma e la fecondazione, " ha detto Levitan. "Questa è la prima prova che lo sperma di diversi maschi competono per lo stesso uovo, che indica un'opportunità per le uova di avere una scelta."

Quando gli spermatozoi sospesi nell'oceano cercano un compagno favorevole, si basano su un rivestimento superficiale di proteine ​​​​di riconoscimento per legarsi e fecondare le uova ricettive.

Secondo una concezione tradizionale dei processi di selezione, lo sperma con proteine ​​più efficaci dovrebbe essere selezionato sistematicamente, considerando che lo sperma con proteine ​​meno efficaci, con la loro inferiore idoneità alla fecondazione, dovrebbero essere rapidamente eliminati dal pool genetico.

Però, è spesso il caso che gli spermatozoi con proteine ​​di riconoscimento meno efficaci abbiano in realtà maggiori probabilità di fecondare con successo un uovo.

"È un po' sconcertante, "Levitan ha detto. "Si potrebbe pensare che all'interno di una specie, la proteina più compatibile dovrebbe essere sempre selezionata. Allora perché vediamo costantemente variazioni nell'efficacia di queste proteine ​​nella popolazione?"

La risposta a questa domanda potrebbe essere trovata in una chiamata e una risposta evolutiva tra spermatozoi temperamentali e cellule uovo.

Nelle ricerche passate, Levitan ha scoperto che le proteine ​​meno compatibili possono essere favorite quando gli spermatozoi sono così abbondanti che c'è il rischio che più spermatozoi fecondino un uovo, un processo fatale chiamato polispermia. Poiché gli spermatozoi meno compatibili hanno meno probabilità di inondare e uccidere un uovo, le uova potrebbero evolvere su superfici di compatibilità inferiore per evitare la polispermia. A sua volta, lo sperma può quindi evolversi per adattarsi a queste nuove superfici dell'uovo. Questo può produrre una miscela di tipi di compatibilità di spermatozoi e ovuli che pone le basi per la competizione tra spermatozoi e la scelta degli ovuli.

Quando lo sperma di più maschi arriva a un uovo contemporaneamente, gli ovuli sono in grado di scegliere lo sperma le cui proteine ​​di riconoscimento sono più adatte per una sana fecondazione. Questo processo di selezione può stimolare l'evoluzione di nuove proteine ​​di riconoscimento, alla fine con conseguente isolamento riproduttivo e, in alcuni casi, la creazione di nuove specie del tutto.

"La selezione sessuale all'interno di una specie può causare variazioni nelle proteine ​​di riconoscimento, e questo può portare ad accoppiamenti assortiti, dove solo certi tipi si accoppiano con altri certi tipi, "Levitan ha detto. "Se hai accoppiamento assortative e hai una selezione dirompente, dove gli individui che passano a un tipo diverso non se la cavano molto bene, che alla fine può generare isolamento riproduttivo e speciazione".

Questi processi sono critici per le specie marine che utilizzano la fertilizzazione esterna, la principale modalità di riproduzione nell'oceano. Ma Levitan crede che gli scienziati potrebbero presto scoprire che la competizione tra spermatozoi e la scelta delle uova sono ugualmente importanti per i fertilizzanti interni come i mammiferi.

"Questo è il tipo di interazioni tra spermatozoi e cellule uovo che guidano la divergenza tra le popolazioni, all'interno delle popolazioni e tra le specie, "Ha detto Levitan. "Quello che spero è di generare interesse in queste interazioni in modo da poter capire meglio quanto siano generali per le specie fertilizzanti sia internamente che esternamente".