В подавляющем большинстве случаев спаривание между видами просто безуспешно для получения потомства. Однако, когда исследователи из Университета Мэриленда и Университета Торонто скрестили червей Caenorhabditis разных видов, они обнаружили, что продолжительность жизни самок червей и количество их потомства резко сократились по сравнению с самками, спаривавшимися с одним и тем же видом.
Кроме того, самки, пережившие межвидовое спаривание, часто оказывались бесплодными, даже если впоследствии они спаривались со своим собственным видом.Когда исследователи наблюдали стерильных и умирающих самок червей под микроскопом, используя флуоресцентное окрашивание для визуализации спермы в живых червях, они обнаружили, что чужеродная сперма прорвалась через сфинктер матки червя и вторглась в яичники.
Там сперматозоид преждевременно оплодотворил яйцеклетки, которые затем не смогли развиться в жизнеспособное потомство. Сперма в конечном итоге разрушила яичники, что привело к бесплодию. Затем сперма продвинулась дальше по телу червя, что привело к повреждению тканей и смерти.
«Наши результаты были довольно неожиданными, потому что самки обычно просто отбирают сперматозоиды у самцов своего вида во время оплодотворения, что не приводит к долгосрочным последствиям, поскольку нет потока генов между видами», — сказал Ашер Каттер, доцент кафедры экология и эволюционная биология в Университете Торонто.Результаты предполагают, что взаимодействие между спермой и женским репродуктивным трактом является новой причиной неудачного спаривания у червей, отметил Эрик Хааг, доцент биологии в Университете Мэриленд. «Результаты, возможно, стоит изучить и на других видах, потому что аналогичные проблемы координации могут иметь отношение к бесплодию у других организмов», — добавил он.
Исследование, проведенное аспирантом Гэвином Вудраффом из UMD и Дженис Тинг из Университета Торонто, было опубликовано 29 июля 2014 года в журнале PLOS Biology. Вудрафф в настоящее время является научным сотрудником Института лесного хозяйства и лесных исследований в Японии.Исследователи полагают, что «сперма-убийца» может быть результатом расхождения в эволюции половых органов разных видов червей — в частности, способности сперматозоидов физически соревноваться друг с другом. Когда самка червя спаривается с несколькими самцами, сперматозоиды сталкиваются друг с другом, конкурируя за доступ к яйцеклеткам.
Тела женских червей должны выдерживать эту конкуренцию, чтобы выжить и произвести потомство. Исследователи предполагают, что агрессивность спермы и способность матки переносить сперму одинаковы в пределах одного вида, но не у нескольких видов. Таким образом, самка вида с менее активными сперматозоидами может не переносить агрессивную сперму другого вида.
Есть доказательства этой теории. В текущем исследовании три вида червей-гермафродитов, которые производят собственную сперму и оплодотворяют собственные яйца для размножения, были особенно подвержены бесплодию и смерти при спаривании с самцами других видов. По мнению исследователей, матка-гермафродит, возможно, эволюционировала, чтобы переносить «более мягкую» сперму, но не более крупную и активную сперму негермафродитных видов.«Мы обнаружили, что гермафродиты могут чувствовать и стараться избегать самцов тех видов, которые могут им навредить», — добавил Хааг.
Этот случай летального спаривания между видами представляет особый интерес для биологов-эволюционистов, отмечает Хааг, потому что неясно, сколько видов на Земле — 8,7 миллиона, не считая бактерий, согласно оценке, опубликованной в Nature, — остаются отличными от каждого вида. Другие.
«Наказание за спаривание между видами бесплодием или смертью было бы мощным эволюционным способом поддержания межвидового барьера», — сказал Хааг.Однако эволюция обычно оставляет несколько выживших, даже в самых неблагоприятных условиях. Ранее исследователи обнаружили, что вредные скрещивания между видами, тем не менее, могут дать несколько жизнеспособных потомков.
Хааг планирует продолжить это исследование, изучив, как ведут себя эти гибридные черви, когда их скрещивают с разными видами.