Dawn Chen, doktorantka z Cornell University, prowadziła rutynowe badania nad plemnikami przechowywanymi w organach rozrodczych samic muszek. Spermateki – bo tak nazywają się te struktury – wyglądały pod mikroskopem identycznie, więc spodziewała się podobnych wyników dla obu narządów. Tymczasem liczby okazały się wyraźnie różne, co zmusiło ją do głębszej analizy.
Czytaj też: Martwe muszki pozostawione na parapecie mogą przynieść nieoczekiwaną korzyść
To przypadkowe spostrzeżenie zapoczątkowało serię międzynarodowych badań prowadzonych przez cztery laboratoria z trzech uniwersytetów. Wyniki opublikowane w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) pokazują, że natura potrafi ukrywać subtelne asymetrie tam, gdzie spodziewalibyśmy się pełnej symetrii.
Przypadkowe odkrycie zmienia spojrzenie na biologię reprodukcji
Chen, znana z niezwykłej skrupulatności, liczyła i rejestrowała plemniki oddzielnie dla każdej spermateki. Różnice okazały się na tyle wyraźne, że analiza statystyczna wykluczyła możliwość błędu pomiarowego. To, co początkowo wydawało się anomalią, okazało się systematycznym zjawiskiem.
Czytaj też: Oczy na selfie stickach. Muszki owocowe, które wyglądają jak nie z tego świata
Prof. Mariana Wolfner z Cornell University mówi:
Kiedy grupa przeprowadziła statystyki, było jasne, że spermateki w parze przechowywały różne ilości plemników i miały inną szybkość uwalniania, co było dla nas wtedy szokujące.
Odkrycie zaowocowało współpracą między Cornell University, New York University i Hebrew University of Jerusalem. Każda instytucja wniosła do projektu unikalne kompetencje, od genetyki populacyjnej po szczegółową anatomię układu rozrodczego muszek.
Dane były jednoznaczne – dwie spermateki, mimo identycznego wyglądu pod mikroskopem, różniły się zarówno liczbą przechowywanych plemników, jak i tempem ich uwalniania. Chen wykorzystała zaawansowane techniki genetyczne do precyzyjnego rozróżnienia obu organów i pomiaru ich aktywności.
Yael Heifetz z Hebrew University of Jerusalem odkryła dodatkowe różnice w rozmiarze organów i ich aktywności wydzielniczej. Narządy, które wyglądały jak idealne kopie, funkcjonowały jak zupełnie odmienne struktury. Przełom nastąpił, gdy Mark Siegal z New York University zastosował technikę genetyczną G-TRACE, która pozwala oznaczyć potomków konkretnych komórek i śledzić ich rozwój. Wyniki okazały się zaskakujące.
Prof. Mariana Wolfner dodaje:
Kiedy to zrobił, odkrył, że dwie spermateki pochodzą z różnych linii komórkowych, co było szokujące, ponieważ wyglądają identycznie.
Okazało się, że jedna spermateka powstaje z komórek progenitorowych wyrażających gen wingless, a druga z komórek wyrażających gen engrailed. To fundamentalna różnica rozwojowa – organy mogą wyglądać identycznie, ale ich pochodzenie jest zupełnie inne.
Ta różnica w pochodzeniu przekłada się na funkcjonalne odmienności. Chen potwierdziła, że tempo uwalniania plemników zależy od linii komórkowej, z której wywodzi się dana spermatoteka. Natura stworzyła system, w którym pozornie identyczne organy pełnią wyspecjalizowane role.
Ewolucyjne korzyści asymetrii
Dlaczego ewolucja zachowała tę asymetrię? Odpowiedź kryje się w postkopulacyjnej selekcji płciowej – procesie, w którym samice mogą wpływać na to, czyje plemniki ostatecznie zapłodnią jaja.
Prof. Mariana Wolfner tłumaczy:
Jeśli samica może kontrolować, czyje plemniki zapłodnią jajo, na przykład poprzez kontrolowanie szybkości uwalniania plemników, jest to jeden ze sposobów, w jaki może przejąć kontrolę nad tym, który samiec “wygrywa”, aby mieć z nią potomstwo.
Asymetria nie jest w naturze niczym nowym. Kraby skrzypki mają nierówne szczypce, ptaki często rozwijają tylko jeden jajnik, a u ludzi serce znajduje się po lewej stronie. Odkrycie u muszek owocówek pokazuje jednak, jak subtelne mogą być te różnice.
Specjalizacja organów w parze prawdopodobnie przynosi korzyści ewolucyjne. Samice zyskują większą kontrolę nad reprodukcją, mogąc wybierać plemniki z różnych kopulacji w zależności od okoliczności. To daje im przewagę w zapewnieniu najlepszych genów dla potomstwa.