У кого самые большие сперматозоиды на планете

Сперматозоид Правообладатель иллюстрации iStock

Сперматозоиды и яйцеклетки разных животных могут быть невероятно маленькими - во много раз меньше, чем человеческие, а могут быть и поистине громадными, выяснила корреспондент BBC Earth. От чего же это зависит и кто чемпион?

Сперматозоид - самая маленькая клетка в человеческом теле, и в то же время одна из самых сложных. Яйцеклетка, напротив, - самая большая, но не менее сложная.

Если же мы бросим взгляд на то, какими бывают половые клетки (или гаметы) у представителей животного мира, мы обнаружим, что их разнообразие просто поразительно.

У большинства биологических видов - две гаметы, мы определяем их как мужскую и женскую.

"Гаметы выполняют две фундаментальные функции: а) обеспечить зиготу (оплодотворенную яйцеклетку, развивающуюся в особь - Прим. переводчика) достаточным запасом питательных веществ и защитными оболочками и б) найти половые клетки того же биологического вида и оплодотворить их", - объясняет Мэттью Гейдж из британского Университета Восточной Англии.

"Выполнять одинаково хорошо и то, и другое - это сложнейшая задача, потому что каждая из функций имеет свои, специфические особенности и требования, влияющие как на размер, так и на количество клеток".

"С одной стороны, для половых клеток, отвечающих за выживание потомства, важен большой размер с достаточным питательным потенциалом - так появились и развивались яйцеклетки, производимые женскими особями", - продолжает он.

"С другой стороны, нужны гаметы, оптимально выполняющие задачу проникновения в яйцеклетку и оплодотворения ее, поэтому эволюция позаботилась о том, чтобы сперматозоидов, производимых мужскими особями, было достаточное количество".

Почему сперматозоиды бывают такими разными - и по размеру, и по форме? Для исследователей тут - работы непочатый край.

Логически можно предположить, что чем меньше живой организм, тем меньше его сперматозоиды. Однако так бывает далеко не всегда. Более того, самый длинный из известных науке сперматозоидов - у крошечной мушки.

Сперматозоид морской звезды на яйцеклетке Правообладатель иллюстрации Visuals Unlimited/naturepl.com
Image caption Сперматозоид морской звезды на яйцеклетке

Муха дрозофила (Drosophila bifurca) вырабатывает сперматозоид в виде клубка. Когда ученым удалось размотать этот клубок на всю его длину и измерить, оказалось, что сперматозоид маленькой мушки достигает почти 6 см. Это в 20 раз длинней, чем тело мужской особи этой самой дрозофилы.

В исследовании 2016 года поистине гигантский по меркам дрозофилы сперматозоид сравнивался с хвостом павлина. То есть он, как предполагалось, эволюционно развился до такой длины в связи с тем, что женские особи предпочитали именно такие, длинные.

Однако больше - не всегда означает лучше. На другом конце масштабной шкалы - самый короткий из известных науке сперматозоидов - осы-паразитоида, Cotesia congregata. В нем меньше 7 микрометров (0,0007 см).

Как говорит Ронда Снук из Шеффилдского университета (Великобритания), есть несколько возможных объяснений таким большим различиям в размерах сперматозоидов.

Размеры яйцеклеток тоже очень сильно различаются Правообладатель иллюстрации Sinclair Stammers/naturepl.com
Image caption Размеры яйцеклеток тоже очень сильно различаются

Исследование Снук показали, что естественный отбор оставил только сперматозоиды, наиболее оптимальной для размножения формы и размера.

Может показаться странным, что победили как коротенькие, так и длинные, однако все это определяется обстоятельствами развития того или иного биологического вида - а точнее, конкуренцией и критериями выбора.

Когда женские особи спариваются с множеством мужских, сперматозоиды вступают в конкуренцию друг с другом, и только наиболее здоровый из них выиграет это жесткое соревнование и оплодотворит яйцеклетку.

Такие условия породили массу вариаций - в том числе и тот длиннющий сперматозоид дрозофилы.

Как пример сверхконкурентоспособности можно привести сперму мокрицы, которая образует цепочки маленьких капсул, помогающих друг другу, и семенную жидкость некоторых мух и жуков, которая отравляет сперму конкурентов.

Одна из распространенных тактик, применяемых мужскими особями, - установка так называемой копуляционной пробки, перекрывающей сперматозоидам других мужских особей доступ к яйцеклеткам. Копуляционная пробка используется пауками, шмелями, белками и даже некоторыми приматами.

Но по большому счету для мужской особи все сводится к достижению преимущества либо за счет производства большого количества спермы, либо малого ее количества, но более сильной.

Выбор зависит от нескольких факторов - например, от того, путь какой длины должен проделывать сперматозоид или как много энергии остается у мужской особи после всех брачных ритуалов, предшествующих спариванию.

Скажем, в исследовании 2015 года выдвигается предположение, что более крупные млекопитающие вырабатывают более мелкие сперматозоиды, поскольку репродуктивный тракт их самок большего размера. И это звучит логично - ведь чем больше поле, тем больше нужно игроков.

Кроме всего прочего, есть еще и "загадка женского выбора": у некоторых биологических видов женская особь может выбирать, чьи сперматозоиды оплодотворят ее яйцеклетки.

Вылупившийся птенец страуса (Struthio camelus) Правообладатель иллюстрации John Downer/naturepl.com
Image caption Вылупившийся птенец страуса (Struthio camelus)

"Мы многого не знаем про этот процесс: то ли такое разнообразие в формах и размерах сперматозоидов стало результатом этого самого "загадочного женского выбора", то ли все сводится к конкуренции, - размышляет Снук. - Но как и в большинстве вопросов, встающих перед наукой, скорее всего это сочетание нескольких факторов".

С женскими яйцеклетками всё не менее сложно.

Самое большое яйцо среди живых существ откладывает страус. Оно в 20 раз тяжелее куриного яйца - высота его достигает 15 см, ширина 13 см.

Самые маленькие яйца среди птиц - меньше 7 мм - откладывает колибри-пчелка, самая маленькая из колибри.

Тим Беркхед из британского Университета Шеффилда - автор книги The Most Perfect Thing: The inside (and outside) of a bird's egg ("Самая совершенная вещь на свете: внутри и снаружи птичьего яйца"). По его словам, в мире птиц размер яйца как правило пропорционален размеру тела, хотя есть и исключения.

"Ворон (Corvus corax) и полярная птица кайра (Uria aalge) схожи по размеру тела и весят примерно 1 кг, - отмечает он. - И тем не менее вес яйца ворона составляет лишь 3% от веса самки, в то время как вес яйца кайры составляет около 12% веса самки".

Беркхед утверждает, что ключевой фактор в определении, какого размера будут яйца того или иного биологического вида, - это скорость развития зародыша.

Особи тех видов, птенцы которых развиваются быстро, откладывают крупные яйца, говорит он.

Тут надо отметить, что мы немного непоследовательны в том, как используем слово "яйцо".

Человеческая яйцеклетка, или ооцит, и сперматозоиды Правообладатель иллюстрации iStock
Image caption Человеческая яйцеклетка, или ооцит, и сперматозоиды

Сравним женскую яйцеклетку человека, диаметр которой 0,12 мм, с куриным яйцом длиной 55 мм. Дело всё в том, что куриное яйцо - это не только яйцеклетка, у него множество других функций.

В то время как женщины вынашивают свое потомство в животе, несущие яйца особи (например, куры) должны обеспечить своих детей достаточным количеством всего необходимого, чтобы развиваться вне тела матери.

Для этого последние создают специальную структуру, которую мы привычно называем яйцом и которая дает зародышу пищу, воду и защиту (скорлупа) от внешних воздействий.

И это не какой-то странный каприз природы - большая часть живых существ (птицы, насекомые, рыбы) делает именно так.

Как отмечает Беркхед, здесь тоже не обходится без эволюционных компромиссов и вариаций: для каких-то видов лучшим вариантом стали крупные яйца, для других - маленькие, но много.

Сперматозоиды бывают крупнее, чем вы думали. Но это не всегда преимущество Правообладатель иллюстрации iStock
Image caption Сперматозоиды бывают крупнее, чем вы думали. Но это не всегда преимущество

По крайней мере, ясно одно: если вы хотите увидеть самые маленькие яйца на свете, вам понадобится микроскоп.

Согласно обзору исследований, сделанному в 1994 году энтомологами Университета Флориды (США), самые маленькие яйца откладывают крошечные паразиты.

Неудивительно, что данные о таких микроскопических яйцах крайне трудно найти. В том же обзоре 1994 года упоминается малюсенькая мушка-паразитоид Clemelis pullata, у которой самые маленькие яйца из известных науке: 0,027 на 0,02 мм.

Впрочем, пока никто еще не исследовал половые клетки мимаридов, миниатюрных ос-паразитоидов (паразитических наездников). Эти насекомые - одни из самых маленьких на планете, от 0,5 до 1 мм длиной. Несложно догадаться, что яйца, которые они откладывают, очень и очень маленькие.

Прочитать эту статью на английском языке можно на сайте BBC Earth.

Похожие темы