Эволюционное происхождение спермы началось еще до многоклеточных животных.

Эволюционное происхождение сперматозоидов можно проследить до одноклеточного предка всех живых животных.

Почти все животные размножаются, проходя одноклеточную стадию жизненного цикла с участием двух типов половых клеток или гамет. Яйцеклетки представляют собой более крупные клетки, содержащие генетический материал и ресурсы для раннего развития, тогда как сперматозоиды транспортируют генетический материал из одного тела, находят яйцеклетку и сливаются с ней, образуя оплодотворенную зиготу.

«Сперма несет в себе механизм, который позволяет жизни передаваться от одного поколения к другому», — говорит Артур Мэтт в Кембриджском университете. “Он сохраняет следы более чем 700-миллионной эволюции и, вероятно, связан с происхождением самих животных. Мы хотели проследить эту долгую эволюционную историю, чтобы понять, откуда взялась сперма”.

Мэтт и его коллеги использовали наборы данных открытой науки, содержащие информацию о белках, составляющих сперму 32 видов животных, включая человека. Затем они объединили эти данные с геномами 62 организмов, включая некоторые группы одноклеточных животных, что позволило им проследить диверсификацию сперматозоидов в разных линиях животных.

Они обнаружили, что «набор инструментов спермы», состоящий примерно из 300 семейств генов, составляет основной геном последнего универсального общего сперматозоида.

«Мы могли видеть, что многие механизмы спермы имели серьезные инновации еще до того, как появились многоклеточные животные, задолго до появления самих сперматозоидов», — говорит Мэтте.

Это говорит о том, что механизм спермы, «жгутик, вращающийся вокруг одной клетки», уже развился до того, как возникла многоклеточная животная жизнь, говорит он.

Это означает, что наши далекие предки когда-то представляли собой одиночные клетки, плававшие в океане, а набор инструментов сперматозоидов впервые сформировался у плавающего одноклеточного предка, задолго до появления животных.

«Поскольку животные развили многоклеточность и специализацию клеток, они не изобретали сперму с нуля; они повторно использовали строение тела этих плавающих предков в качестве основы для спермы», — говорит Мэтте. «Другими словами, сперма не является ярким новым изобретением многоклеточной жизни; она построена на основе одноклеточного тела, 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.

По словам члена команды, существует множество различных способов оплодотворения: некоторые сперматозоиды встречаются с яйцеклетками внутри тела, а другие плавают в открытом океане. Адриа ЛеБёфа также в Кембриджском университете. «Поиск яйца в разных средах будет разным и потребует разного оборудования», — говорит она. «Но где бы вы ни находились, вам все равно придется плавать, поэтому хвост вполне сохранился».

«Это прекрасный пример того, как эволюция изменяет существующее, а не изобретает механизмы с нуля», — говорит Дженни Грейвс в Университете Ла Троб в Мельбурне, Австралия.