Анализ ДНК и белков ряда животных показал, что молекулярный набор сперматозоидов возник у наших одноклеточных предков, возможно, более миллиарда лет назад.
Плавательный аппарат сперматозоидов имеет древнее происхождение. Кристоф Бургштедт/Alamy
Эволюционное происхождение сперматозоидов можно проследить вплоть до одноклеточного предка всех ныне живущих животных.
Почти все животные размножаются, проходя одноклеточную стадию жизненного цикла, включающую два типа половых клеток, или гамет. Яйцеклетки — это более крупные клетки, содержащие генетический материал и ресурсы для раннего развития, в то время как сперматозоиды переносят генетический материал из одного организма, находят яйцеклетку и сливаются с ней, образуя оплодотворённую зиготу.
«Сперма несёт в себе механизм, позволяющий жизни передаваться из поколения в поколение», — говорит Артур Мэтт из Кембриджского университета. «Она хранит следы более чем 700 миллионов лет эволюции и, вероятно, связана с происхождением самих животных. Мы хотели проследить эту долгую эволюционную историю, чтобы понять, откуда взялась сперма».
Мэтт и его коллеги использовали открытые научные наборы данных, содержащие информацию о белках, входящих в состав сперматозоидов 32 видов животных, включая человека. Затем они объединили эти данные с геномами 62 организмов, включая некоторые группы одноклеточных, родственных животным, что позволило им проследить разнообразие сперматозоидов в разных группах животных.
Они обнаружили, что «набор сперматозоидов», состоящий примерно из 300 семейств генов, составляет основной геном последнего универсального общего сперматозоида.
«Мы увидели, что многие механизмы сперматогенеза претерпели значительные изменения еще до появления многоклеточных животных, задолго до появления самих сперматозоидов», — говорит Мэтте.
По его словам, это говорит о том, что аппарат сперматозоидов — «жгутик, движущийся вокруг одной клетки» — уже развился до появления многоклеточной животной жизни.
Это значит, что наши далекие предки когда-то были отдельными клетками, плавающими в океане, и набор инструментов сперматозоидов впервые сформировался у плавающего одноклеточного предка задолго до появления животных.
«По мере того, как животные развивали многоклеточность и клеточную специализацию, они не изобрели сперму с нуля; они использовали структуру строения своих плавающих предков в качестве основы для сперматозоидов», — говорит Мэтт. «Другими словами, сперматозоид — это не новое, но яркое изобретение многоклеточной жизни; он создан на основе структуры одноклеточного организма, перепрофилированного для размножения».
Исследование также показало, что инновации, которые привели к огромному разнообразию современных сперматозоидов, в основном изменили головку клетки, тогда как хвост мало изменился со времен общего предка.
Существует множество различных способов оплодотворения: одни сперматозоиды встречаются с яйцеклеткой внутри тела, а другие плавают в открытом океане, говорит участница исследования Адрия Лебёф, также из Кембриджского университета. «Поиск яйцеклетки в этих разных условиях будет отличаться и потребует разных механизмов», — говорит она. «Но где бы вы ни находились, вам всё равно придётся плыть, поэтому хвост довольно сохранён».
«Это прекрасный пример того, как эволюция преобразует то, что уже есть, а не изобретает механизмы с нуля», — говорит Дженни Грейвс из Университета Ла Троба в Мельбурне, Австралия.
Биорксив DOI: 10.1101/2025.11.03.685759
Источник: www.newscientist.com
