Введение

Гетероморфизм спермы – это одновременное производство одним самцом двух или более различимых типов сперматозоидов. Эти типы сперматозоидов могут различаться по размеру, форме и/или хромосомному набору. Гетероморфизм спермы также называют полиморфизмом спермы или диморфизмом спермы (для видов с двумя типами сперматозоидов). Как правило, только один тип сперматозоидов способен к оплодотворению яйцеклеток. Плодородные типы называют "эуспермиями" или "эупиренными сперматозоидами", а бесплодные – "параспермиями" или "апиренными сперматозоидами". Одной из интерпретаций полиморфизма спермы является гипотеза "спермы-камикадзе" (Baker and Bellis, 1988), которая была широко опровергнута в отношении человека. Гипотеза спермы-камикадзе предполагает, что полиморфизм спермы обусловлен разделением сперматозоидов на различные функциональные группы: одни защищают яйцеклетку от оплодотворения сперматозоидами других самцов, а другие оплодотворяют яйцеклетку. Однако нет доказательств того, что полиморфизм человеческой спермы служит для подавления конкуренции со стороны других сперматозоидов.

Распространение

Гетероморфизм сперматозоидов известен у нескольких различных групп животных.

Инсекты

Лепидоптеры (т. е. бабочки и мотыльки): Почти все известные виды производят два типа сперматозоидов. Оплодотворяющий тип имеет более длинный хвост и содержит ядро. Другой тип короче и не содержит ядра, то есть не несет генетической информации. Дрозофила (плодовые мушки): группа видов D. obscura рода Drosophila демонстрирует гетероморфизм сперматозоидов. Как и у лепидоптер, существует длинный, фертильный тип и короткий, бесплодный тип. Однако у бесплодного типа есть ядро с нормальным гаплоидным набором хромосом. Причины бесплодия более коротких сперматозоидов неизвестны, хотя предполагается, что немного более широкая головка бесплодного типа может препятствовать его проникновению в микропиле яйца. Диопсиды (мухи с глазками на стебельках): у нескольких видов наблюдаются длинные, фертильные сперматозоиды и более короткие, бесплодные. Карабообразные (жуки-скакуны): некоторые виды производят крупные, бесплодные сперматозоиды, которые могут содержать до 100 наборов хромосом.

Молюски

Некоторые брюхоногие моллюски (улитки) производят два или три типа сперматозоидов. Неоплодотворяющие типы могут представлять собой крупные "транспортирующие" типы, к которым прикрепляются оплодотворяющие сперматозоиды для транспортировки, или "копьевидные" типы. Копьевидные сперматозоиды иногда содержат много лизосом.

Рыба

Некоторые подкаменщики могут быть гетероморфными по сперматозоидам. В их эякуляте, по-видимому, содержатся как фертильные сперматозоиды, так и бесплодные сперматозоиды дисковидной формы.

Не адаптивный

Неоплодотворяющие морфы не выполняют никакой функции и являются просто ошибками развития. Однако, считается маловероятным, что это происходит у многих видов спермы, демонстрирующих гетероморфизм, поскольку производство бесплодной спермы может быть строго регулируемым, а доля бесплодной спермы у некоторых чешуекрылых и дрозофил может превышать 90% от общего количества сперматозоидов.

Провизионные расходы

Неоплодотворяющие морфы служат способом, с помощью которого самцы могут обеспечивать самку, ее яйца или оплодотворяющий сперматозоид питательными веществами.

Содействие

Неоплодотворяющие сперматозоиды помогают оплодотворяющим, способствуя их транспорту или активации (то есть приобретению способности к оплодотворению). Это было продемонстрировано на примере Bombyx mori. У шелкопрядов имеются убедительные доказательства того, что оплодотворяющие сперматозоиды не способны к оплодотворению в отсутствие неоплодотворяющих сперматозоидов. Исследователи проводили искусственное оплодотворение оплодотворяющими сперматозоидами, неоплодотворяющими сперматозоидами или их смесью. Потомство появилось только в последней группе.

Соревнование по сперме

Неплодородная сперма повышает успех оплодотворения самца, ее производящего, в условиях конкуренции сперматозоидов. Это может проявляться как атака (например, вытеснение или даже уничтожение конкурирующих сперматозоидов) или защита (например, блокирование участков женского репродуктивного тракта или создание неблагоприятной среды перед оплодотворением).

"Деньги наполнитель"

Неплодородная сперма задерживает или предотвращает повторное спаривание самки, тем самым позволяя самцу, производящему неплодородную сперму, получить большую долю отцовства в потомстве (поскольку самцу удается избежать конкуренции сперматозоидов). Например, сперма может заполнить органы хранения спермы, из-за чего самка "воспринимает", что ей не требуется повторное спаривание для получения дополнительной спермы. Альтернативно, сперма может передавать химические вещества, подобные секс-пептиду – химическому веществу, переносимому спермой Drosophila melanogaster, которое снижает вероятность принятия самки других партнеров (то есть является антиафродизиаком). Корреляционные данные в поддержку этой теории были получены на бабочке Pieris napi. У самок, готовых к повторному спариванию, в органах хранения содержалось меньше неплодородной спермы, чем у самок, не проявляющих готовности к повторному спариванию. Таким образом, бесплодная сперма может быть причиной задержки повторного спаривания самки. Эта теория также была проверена на плодовой мушки Drosophila pseudoobscura, но результаты показали, что "дешевый наполнитель" не играет значимой роли у этого вида.