Co mají společného parohy jelenů a 'přerostlé' spermie octomilek?

- Příroda autor: Jan Toman

V přírodě můžeme nalézt řadu "přebujelých" orgánů, které na první pohled nikterak nepomáhají svým nositelům k přežití. Parohy jelenovitých sudokopytníků, masivní rohy brouků i ocasy pávů se vyvinuly působením pohlavního výběru. Všechny tyto ozdoby ale blednou před spermiemi octomilek, které mohou u některých druhů dosahovat až několikanásobku délky těla drobné mušky.

Samec octomilky a se svou obří spermií

Samec octomilky a se svou obří spermií,zdroj: Nature

Obří spermie svým nositelům nepřináší žádnou výhodu v přírodním výběru a s největší pravděpodobností se musely vyvinout pod tlakem vybíravých samic. Jejich evoluce přitom odporuje řadě pouček o fungování pohlavního výběru a donedávna byla vnímána jako nepochopitelný paradox.

Pohlavní výběr se může naplno rozjet tehdy, když se mezi samci a samicemi výrazně liší náklady na rozmnožování. Podobná situace nastává u mnohobuněčných organismů s odděleným pohlavím takřka vždy.

Množství času, zdrojů a energie, které musí samička věnovat výrobě velkých živinami nabitých vajíček je totiž nesrovnatelně vyšší, než to, které samec věnuje výrobě malých a „laciných“ spermií. Samci si tak mohou dovolit vyrábět svých pohlavních buněk obrovská množství a oplodnit za krátký časový úsek celou řadu samic.

Samice ovšem v průběhu evoluce obrátily tuto nevýhodu ve svůj prospěch. Mohou si dovolit být daleko vybíravější a připustit k páření jen toho samce, kterého považují za nejkvalitnějšího. Řídí se přitom nejroztodivnějšími indikátory, přičemž jedním z nejčastějších jsou právě „přebujelé“ orgány.

Má to jasné opodstatnění. Jen ten nejzdatnější páv sežene dostatek zdrojů na vybudování opravdu obřího, barvami hrajícího a nepotrhaného ocasního vějíře. A když navíc i s takovou zátěží dokáže úspěšně unikat predátorům, musí to být opravdový kabrňák.

Možná to zní trochu nezvykle, ale vzhledem k tomu, že se většina samic v živočišné říši páří v krátkém časovém úseku s více samci, může k souboji mezi samci docházet i po oplození. V takovém případě mezi sebou soupeří jejich spermie.

Nejjednodušší metodou, jak v takovém případě vyhrát, je produkovat více spermií. Sofistikovanější metody ale mohou zahrnovat i různé způsoby boje proti konkurenčním spermiím nebo snahu spermií zalíbit se samici, která výběr "té pravé" do jisté míry ovlivňuje.

Právě v takovém souboji mezi samci se mohly vyvinout i obří spermie. Podle všech očekávání by ale podobná strategie měla být slepou uličkou! Tlak pohlavního výběru na zvětšování spermií by měl vést k tomu, že se na výrobu stanou téměř stejně drahými jako vajíčka. Vyrovnání cen by ale mělo způsobit utlumení až zastavení pohlavního výběru. Paradox, tentokrát ne "vejce-slepice", ale "vajíčko-spermie", je na světě.

Podařilo se ho rozseknout až nedávno mezinárodnímu týmu evolučních biologů. Ti nejprve prozkoumali vztah mezi velikostí těla a délkou spermie u různých druhů octomilek. Větší octomilky podle jejich výsledků oplývají daleko delšími spermiemi, přičemž tento nárůst je ještě daleko větší, než by odpovídalo poměrům velikostí těla u různých druhů.

Dokonce je nejvyšší mezi všemi dosud prozkoumanými znaky pod tlakem pohlavního výběru. Vajíčka se naopak s velikostí těla téměř neměnila. Samice větších druhů octomilek měly ovšem větší množství vaječníků a produkovaly vajíček více. To ale problém, zvláště u větších druhů, jen umocňuje.

Řešení paradoxu se zřejmě skrývá uvnitř samiček. Každá totiž uvnitř těla obsahuje prostoru určenou k příjmu spermií a jejich skladování. Největší spermie, které se do ní ještě vejdou, dokáží nejefektivněji vytlačit všechny ostatní a zajistit si oplodnění vajíčka.

Věnovat tak velkou část těla příslušné prostoře ale samice něco stojí, a proto se snaží tuto cenu u samců co nejvíc kompenzovat – tím, že při oplodnění zvýhodní velké drahé spermie, čímž "prodraží" rozmnožování i samcům.

Nejlehčím způsobem, jak toho dosáhnout, je zvětšit prostoru pro spermie. To ovšem vede k dalšímu zvětšení spermií. Celý systém se zkrátka uzavře v kole pozitivní zpětné vazby, které vede k jednostrannému zvětšování spermií i prostory pro jejich příjem u samic.

Toto vysvětlení octomilčího paradoxu výzkumníci podpořili i dalšími doklady. Dokázali například, že tlak na geny zodpovědné za velikost spermií a geny zodpovědné za velikost prostory pro jejich příjem jsou spřažené a vedou ke zvětšování obou znaků. Samice s většími seminálními prostorami se také častěji pářily a nechávaly mezi sebou spermie déle bojovat.

V rámci druhů byla velikost spermií vysoce dědičná, ale málo ovlivněná prostředím. Schopnější, lépe přizpůsobení, samci ale dokázali velkých spermií produkovat víc a zanechat tak víc potomků. V důsledku toho samice zanechaly potomstvo přednostně se samci lépe přizpůsobenými danému prostředí.

Na mezidruhovém srovnání se potom ukázalo zvýšení tlaku na velikost spermií s rostoucí velikostí spermií – u druhů s opravdu velkými spermiemi zanechali většinu potomků jen ti samci, kteří dokázali vyprodukovat největší rozmnožovací buňky.

Pohlavní výběr tedy zřejmě stojí i za další doposud záhadnou „naddimenzovanou“ vlastností pohlavních organismů. Obří spermie octomilek se tak příliš neliší od jeleních paroží nebo pavích ocasů.

Zdroj: Lüpold S, Manier MK, Puniamoorthy N, Schoff C, Starmer WT, Luepold SHB, Belote JM & Pitnick S (2016): How sexual selection can drive the evolution of costly sperm ornamentation. Nature, 533(7604).

Tagy: zvířata a příroda věda a poznání

Zdroje: Vlastní