Den finsinnade dansen mellan kräsna ägg och spännande spermier är mer komplicerad än forskare en gång trodde, och det kan hålla hemligheter om utvecklingen av nya arter.

I en artikel publicerad i tidningen Amerikansk naturforskare , Ordförande och professor i biologisk vetenskap Don Levitan undersöker ett rotmysterium i vår vetenskapliga förståelse av sexuell reproduktion:Tävlar spermier och har ägg någonsin ett val?

När det gäller sjöborrar åtminstone, svaret är ja.

Använda sjöborrpopulationer utanför Stilla havet i Kanada, Levitan bestämde sig för i vilken utsträckning, bland marina djur som använder extern befruktning, spermier från flera män tävlar om att befrukta enskilda ägg. Havsborrar anses vara en bra modell för forskare eftersom de försöker bättre förstå marina organismer eftersom de taggiga djuren lätt kan få dem att leka.

Det gör dem perfekta för studier av befruktning och kompatibilitet.

"Befruktningsmönster och utvecklingen av reproduktiv kompatibilitet är viktiga processer för marina organismer, "Levitan sa." De är mekanismer som kan driva utvecklingen av nya arter, "

I naturen, sjöborrar släpper ut moln av spermier och ägg som befruktas när de flyter i vattnet. I den här studien, Levitan fick män att leka och samlade sedan in små paket havsvatten - tillräckligt för att en spermipopulation direkt skulle kunna interagera med ett ägg - i sprutor fyllda med mängder av befruktade ägg.

Senare, Levitan genomförde faderskapsanalyser på de nyligen befruktade äggen för att upptäcka antalet enskilda mans spermier som finns i proverna. Hans resultat trotsade hans förväntningar:Spermier från flera män tävlade om att befrukta enstaka ägg, och äggen tycktes välja sin favoritkompis bland mängden.

"Medan vi förväntade oss att upptäcka att enstaka ägg generellt stöter på spermier från en enda hane, vi fann att ägg ofta samtidigt stöter på spermier från mer än en hane i det korta intervallet mellan spermiekontakt och befruktning, "Sa Levitan." Detta är det första beviset på att spermier från olika män tävlar om samma ägg, vilket indikerar en möjlighet för ägg att ha ett val. "

När spermier som hänger i havet söker efter en gynnsam kompis, de förlitar sig på ett ytskikt av igenkänningsproteiner för att binda till och befrukta mottagliga ägg.

Enligt en traditionell förståelse av urvalsprocesser, spermierna med mer effektiva proteiner bör väljas ut systematiskt, medan spermier med mindre effektiva proteiner, med deras sämre skicklighet för befruktning, bör snabbt avlägsnas från genpoolen.

Dock, det är ofta så att spermier med mindre effektiva igenkänningsproteiner faktiskt är mer benägna att framgångsrikt befrukta ett ägg.

"Det är lite förvirrande, "Sa Levitan." Man skulle kunna tro att inom en art, det mest kompatibla proteinet bör alltid väljas. Så varför ser vi konsekvent variation i effektiviteten hos dessa proteiner i befolkningen? "

Svaret på denna fråga kan hittas i ett evolutionärt samtal och svar mellan temperamentella spermier och äggceller.

I tidigare forskning har Levitan har funnit att mindre kompatibla proteiner kan gynnas när spermier är så rikliga att det finns risk för att flera spermier befruktar ett ägg, en dödlig process som kallas polyspermi. Eftersom mindre kompatibla spermier är mindre benägna att översvämma och döda ett ägg, ägg kan utveckla lägre kompatibilitetsytor för att undvika polyspermi. I tur och ordning, spermier kan sedan utvecklas för att matcha dessa nya äggytor. Detta kan producera en blandning av typer av spermier och äggkompatibilitet som sätter scenen för spermitävling och äggval.

När spermier från flera män kommer till ett ägg samtidigt, ägg kan välja spermier vars igenkänningsproteiner är bäst lämpade för hälsosam befruktning. Denna urvalsprocess kan stimulera utvecklingen av nya igenkänningsproteiner, resulterar så småningom i reproduktiv isolering och, i vissa fall, skapandet av nya arter helt och hållet.

"Sexuellt urval inom en art kan orsaka variation i igenkänningsproteiner, och det kan leda till assortativ parning, där endast vissa typer parar sig med andra vissa typer, "Sa Levitan." Om du har assortativ parning och du har störande urval, där individer som går över till en annan typ inte gör det särskilt bra, som så småningom kan generera reproduktiv isolering och speciering. "

Dessa processer är kritiska för marina arter som använder extern befruktning, det stora reproduktionssättet i havet. Men Levitan tror att forskare snart kan hitta spermitävling och äggval är lika viktiga för inre gödningsmedel som däggdjur.

"Det här är den typ av interaktioner mellan spermier och äggceller som driver divergens mellan befolkningar, inom populationer och bland arter, "Levitan sa." Det jag hoppas är att skapa intresse för dessa interaktioner så att vi bättre kan förstå hur generella de är för både internt och externt befruktande arter. "