Musíme si pomáhat: Boj o oplození spermiovými vláčky hlodavců

Za objev podivuhodné spolupráce spermií vděčíme kocourovi profesora Harryho Moorea. Chlupatý „objevitel“ položil jednoho dne roku 2002 na koberec před svého pána čerstvě uloveného samečka myšice křovinné (Apodemus sylvaticus). Moore, který se na severoanglické Sheffieldské univerzitě zabývá výzkumem spermií, zabalil kocourův dar do aktovky a vyrazil s ním do práce. Tam izoloval z varlat mrtvého samce spermie a pustil se do jejich pozorování pod mikroskopem. Nabídl se mu neuvěřitelný pohled. Spermie se po určité době začaly sdružovat do „vláčků“.

Taktika cyklistických šampionů

Spermie myšice křovinné mají na hlavičce zvláštní háček, kterým se zachytí kolem bičíku jiné spermie. Nápadně se to podobá „cvaknutí“ horolezeckého lana do karabiny. Vláček tvořený stovkami nebo i tisíci spermií se pohybuje mnohem rychleji než jednotlivá spermie. Spolupracující spermie tak mají lepší vyhlídky na oplození vajíčka nacházejícího se daleko před nimi ve vejcovodu samice.
Před samotným oplozením se vláček musí rozpojit, což spermie myšice křovinné provedou zhruba po 90 minutách společné jízdy. Stačí k tomu maličkost – většina z nich předčasně spustí proces nezbytný pro průnik do nitra vajíčka.

Při tzv. akrozomální reakci je v přední části hlavičky otevřen váček s enzymy a ty zajistí spermii, aby se „proleptala“ do nitra vajíčka. Předčasná akrozomální reakce vede k tomu, že spermie vypálí svůj enzymatický arzenál naprázdno a k vajíčku už dorazí „bezzubá“. Definitivně se tím vzdají možnosti, že by samy oplodnily vajíčko. Z jejich strany jde o akt sebeobětování. Schopnost oplození si udrží jen spermie ze špice vláčku, které s přípravou na průnik do vajíčka posečkají. Tak trochu to připomíná taktiku profesionálních cyklistických týmů, kde „nosiči vody“ odvádějí černou práci po většinu etapy, zatímco hvězda typu Lance Armstronga šetří síly na závěrečný finiš.

Výhoda pomalejšího vláčku

To, co se v roce 2002 zdálo jako zvláštnost myšice křovinné, se o pět let později ukázalo být pravidlem, jenž platí pro celou řadu hlodavců. Také jejich spermie nesou na hlavičce různé háčky. Málokterý druh má sice tak dobrou „karabinu“ jako spermie myšice křovinné, ale přesto jsou i jiné spermie schopny vytvářet spolupracující vláčky. Ty vznikají dokonce i u laboratorních potkanů a myší. Jsou méně početné (obsahují do 30 spermií) a nemají delšího trvání (spojení trvá do deseti minut), ale o jejich existenci nemůže být pochyb.

TIP: Překvapivý objev aneb Orchestr pod křídly pipulky kadeřavokřídlé

Tisíce vědců už zřejmě v dávnější i zcela nedávné minulosti pozorovaly vláčky myších a potkaních spermií při nesčetných příležitostech. Nikomu však nedošlo, na co se vlastně dívá a jak může být shlukování důležité. Vláček myších spermií je výjimečný v tom, že se pohybuje pomaleji než jednotlivé myší spermie. Má však zřejmě schopnost lépe pronikat například hustým hlenem v pohlavních orgánech samice.

Závody v oplodnění

Vznik vláčků a spolupráce spermií je tedy obecnější fenomén a souvisí s průběhem námluv u jednotlivých druhů hlodavců. Pokud se s jednou samicí páří hned několik různých samců, dochází k závodům spermií. Samci využívají ke zdolání konkurentů hned několik různých strategií, přičemž jednou z nich je množství spermatu. Čím větší je u samice tlačenice, tím více spermií se snaží každý samec nasadit do soutěže. Samce těchto druhů poznáme podle toho, že mají v poměru k velikosti těla nápadně mohutná varlata. Například varlata samců myšice křovinné tvoří 2,2 % jejich celkové hmotnosti. Pokud bychom si to převedli na lidské poměry, pak by osmdesátikilový muž musel mít pohlavní žlázy 1,75 kilo těžké.

Další trik spočívá v načasování reakce, která připraví spermie k oplození vajíčka. Ve vyhrocené konkurenci je výhodnější, aby v kritickém okamžiku vsadily spermie vše na jednu kartu a k oplození se jich připravilo co nejvíce. U druhů, kde se samec nemusí tolik bát soků, se osvědčila strategie, kdy se na oplození postupně připraví vždy jen malá část spermií. Pak stojí vždy něco málo spermií „na stráži“ a pojistí samci oplození vajíčka na delší dobu. Například u člověka je průběžně připraveno k oplození jen 5 % všech spermií. U myši panonské (Mus spicilegus), jejíž samice se páří s mnoha samci, se najednou připraví k oplození vajíčka více než polovina všech spermií.

Záhada vybíravých spermií

Adaptací na rallye mezi spermiemi je zřejmě i tvorba vláčků. Dokazuje to nedávný objev Heidi Fischerové a Hopi Hoekstrové z americké Harvardské univerzity. Obě bioložky se zaměřily na život amerických křečků z rodu Peromyscus. Vybraly si druhy, jejichž pohlavní život se diametrálně liší. Samice křečka druhu Peromyscus polionotus se obvykle páří jen s jedním samcem. Naopak samice křečka dlouhoocasého (Peromyscus maniculatus) jsou „dámy širšího srdce“ a páří se s mnoha nápadníky. V jejich děloze a vejcovodech závodí spermie potenciálních tatínků na plný plyn. Spermie obou druhů křečků tvoří vláčky, ale při jejich formování jsou různě vybíravé.

Fischerová a Hoekstrová využily toho, že spermie lze obarvit různými fluorescenčními barvami bez toho, že by to nějak narušilo jejich aktivity. Bioložky tak mohly spermie jednoho křečka nabarvit na červeno a spermie jiného samce na zeleno. Z barvy spermií ve vláčku pod mikroskopem pak snadno zjistily, jak moc jsou spermie jednoho jedince tolerantní k vetřelcům. Spermie křečků Peromyscus polionotus, kteří nejsou nuceni čelit konkurenci cizích samců, jsou „velkorysé“ a do svých vláčků ochotně přibírají vetřelce. Nejenže pustí do vláčku spermie cizího samce, ale nevzpírají se přibrat dokonce ani spermie cizího druhu (např. křečka dlouhoocasého).

U křečka dlouhoocasého se vytvářejí vláčky převážně jen ze spermií jednoho samce. Vlak se zdráhá přijmout nejen spermie cizího druhu, ale odmítá se spřáhnout i se spermiemi příslušníků druhu vlastního. Spermie křečka dlouhoocasého nechtějí spolupracovat dokonce ani se spermiemi pokrevních bratrů. Cyklistický nosič vody pozná příslušníka vlastního týmu bez potíží i na druhém konci pelotonu podle pestrobarevného dresu. Podle čeho se ale poznávají spermie jednotlivých křečků dlouhoocasých zůstává prozatím záhadou.