Хомячок-плейбой оказался обладателем гена быстрой спермы

Биологи из нескольких университетов США провели анализ поведения и физиологии размножения у хомячков двух очень близких видов — берегового (Peromyscus polionotus) и оленьего (Peromyscus maniculatus). Представители первого вида образуют устойчивые пары, в то время как оленьи хомячки устраивают настоящие оргии, и в одном помёте могут быть детёныши сразу от нескольких отцов. Как оказалось, различия в их репродуктивной стратегии проявляются и на уровне спермы. Сперматозоиды оленьих хомячков плавают в разы быстрее благодаря особому устройству их средних частей. Это устройство обеспечивает белок, который кодируется геном PrKar1a. Научная статья с результатами исследования находится на сайте препринтов лаборатории в "Колд-спринг-харбор bioRxiv".

Учёные собрали сперму у нескольких десятков взрослых самцов Peromyscus polionotus (береговой хомячок) и Peromyscus maniculatus (олений хомячок). Движение сперматозоидов обоих видов наблюдали под микроскопом, снимали его на видео и по записи анализировали скорость перемещения мужских половых клеток. Кроме того, сравнивали строение сперматозоидов берегового и оленьего хомячков. Наконец, скрещивая хомячков с самыми быстрыми сперматозоидами, учёные выясняли, какой ген отвечает за повышенную скорость половых клеток.

Оказалось, что у промискуитетных оленьих хомячков сперматозоиды двигаются быстрее, чем у их моногамных собратьев, береговых хомячков. Ускорение обеспечивается строением так называемой средней части сперматозоида (midpiece) — утолщения между головкой и хвостом. У Peromyscus maniculatus средняя часть сперматозоида длиннее, в ней больше белка-регулятора протеинкиназы А (PrKar1a). Соответственно, ген PrKar1a у оленьих хомячков работает более интенсивно, чем у береговых. Интересно, что по варианту этого гена у самца можно предсказать, насколько этот самец успешен в плане размножения, много ли самок ему удаётся оплодотворять.

Результаты наблюдений решили проверить на лабораторных мышах (Mus musculus). Для этого проверили скорость передвижения сперматозоидов у нормальных самцов и у тех, которые имели только по одной копии гена PrKar1a (в норме — в каждой клетке по две копии). Как и предполагалось, у мышей с нехваткой PrKar1a сперматозоиды перемещались медленнее, чем у остальных.

По всей видимости, в ходе эволюции оленьих хомячков шёл отбор на самого продуктивного самца как на уровне поведения (быстрее найти и оплодотворить самку), так и на уровне отдельных клеток (яйцеклетку оплодотворял самый быстрый сперматозоид). При прочих равных больше всего потомства оставляли самцы оленьих хомячков с самыми высокоскоростными сперматозоидами. У береговых хомячков, которые образуют пары, не было необходимости ускорять половые клетки, поэтому параметры их сперматозоидов не сильно изменились в ходе эволюции.