Blogg: Naturhistorier

Bilde av en sædcelle fra fossekall, 3000 x forstørrelse. A = akrosomet, N = cellekjernen, M = mitokondriell spiral, F = flagellen. Hvis du vil se flere bilder, kan du utforske datasettet vårt her.

Hvorfor er sædceller så forskjellige når de alle har den samme enkle oppgaven?

Hvorfor har sædceller så forskjellig form, når de alle har den samme enkle oppgaven? For å løse dette mysteriet samler museumsforskere inn sædceller fra ulike fuglearter verden rundt.

Becky Cramer Forsker, Naturhistorisk museum

Arild Johnsen Professor, Naturhistorisk museum

torsdag 15. desember 2022 - 13:42

Sædceller er litt av en gåte. De har en veldig enkel oppgave—å smelte sammen med egget og levere sitt DNA til embryoet. Likevel er formen på sædceller eksepsjonelt mangfoldig på tvers av arter, noe som ser ut til å bryte en av biologiens mest aksepterte regler: at form følger funksjon.

Så hvorfor kommer sædceller i så mange former og størrelser når de har den samme enkle oppgaven hos alle arter? Dette tilsynelatende enkle spørsmålet har stor betydning for vår forståelse av hvordan arter utvikler seg og hvordan nye arter dannes.

Forskningsgruppen for Evolusjonær kjønnsforskning (SERG) ved Naturhistorisk museum studerer nettopp dette mysteriet ved å fokusere på en gruppe fugler som kalles spurvefugler. Spurvefugler utgjør over halvparten av alle verdens ca. 10 700 fuglearter og inkluderer arter som skjærer og gråspurv.

I motsetning til den rumpetroll-liknende formen til pattedyrsædceller, har sædceller hos spurvefugler en form som likner mer på et bor eller en skrue, det vil si, de er lange og slanke med spiralformede strukturer langs det meste av cellen—og de snurrer de rundt sin lengdeakse når de svømmer.

Vi er spesielt interessert i å forstå hvordan disse cellene har endret seg opp gjennom evolusjonen, noe som krever at vi undersøker formen på cellene hos mange arter.

Vår forskningsgruppe har vist at lengden på sædcellene er mer lik blant hanner hos arter hvor flere hanners sædceller konkurrerer om å befrukte eggene i et kull. Dette tyder på at det å ha en optimal sædcellelengde er viktigere hos slike arter.

les også

Lite spermkonkurranse hjå hussmetten

Når vi analyserer hvordan arters sædcellelengde fordeler seg på det fylogenetiske treet—som illustrerer slektskapet mellom arter—ser vi at lengden forandrer seg raskere i noen grupper enn i andre, noe som kan indikere sterkere seleksjon hos disse artene.

Da kan vi også teste om sædcellenes egenskaper påvirker hvor raskt nye arter dannes, noe som er en rimelig hypotese hvis sædceller er mindre effektive til å samhandle med kjønnskanalen og befrukte eggene til en hunn hos en annen art.

Et fylogenetisk tre av 264 spurvefuglarter. Linjene i midten illustrerer både artenes sædcellelengde (etter farge) og hvordan arter er beslektet: For mer fjernt beslektede arter må du spore linjene lenger tilbake mot midten for å finne en kobling mellom dem. Denne figuren viser også om arten er fra den afrotropiske eller nordlig tempererte regionen, basert på om den ytterste søylen er rød (afrotropisk) eller svart (nordlig temperert). For eksempel er det en klynge av ganske nært beslektede tempererte arter med lange sædceller (blå senterlinjer) rundt "klokken 9" på sirkelen, og en gruppe av mer fjernt beslektede, hovedsakelig afrotropiske arter med korte sædceller (røde senterlinjer) rundt klokken 6. Denne figuren er fra <span class=" font-weight-bold" data-lab-font_weight_desktop="font-weight-bold"><a data-cke-saved-href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0944200620300295?via%3Dihub" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0944200620300295?via%3Dihub" class="">en fersk artikkel fra vår forskningsgruppe, Omotoriogun et al. 2020</a>.</span> — Et fylogenetisk tre av 264 spurvefuglarter. Linjene i midten illustrerer både artenes sædcellelengde (etter farge) og hvordan arter er beslektet: For mer fjernt beslektede arter må du spore linjene lenger tilbake mot midten for å finne en kobling mellom dem. Denne figuren viser også om arten er fra den afrotropiske eller nordlig tempererte regionen, basert på om den ytterste søylen er rød (afrotropisk) eller svart (nordlig temperert). For eksempel er det en klynge av ganske nært beslektede tempererte arter med lange sædceller (blå senterlinjer) rundt "klokken 9" på sirkelen, og en gruppe av mer fjernt beslektede, hovedsakelig afrotropiske arter med korte sædceller (røde senterlinjer) rundt klokken 6. Denne figuren er fra en fersk artikkel fra vår forskningsgruppe, Omotoriogun et al. 2020.

En ganske utfordrende—men også spennende!—oppgave er altså å samle sædcelleprøver fra hele slektstreet til spurvefuglene. Vi har tidligere tatt prøver av mange arter som lever i Europa, østlige Nord-Amerika, vestlige og sørlige Afrika, og Sørøst-Asia, men mange habitater og regioner gjenstår.

Musespurv: Selv om fuglens fjærdrakt er litt uanselig, tilhører den en taksonomisk familie som ikke forekommer i Europa, så det var spesielt spennende å kunne ta en sædprøve!

Også i år har vi utført flere feltekspedisjoner, sammen med lokale samarbeidspartnere, for å samle inn sædceller fra nye arter. For å samle sædcelleprøvene bruker vi en skånsom teknikk, såkalt kloakkmassasje, som ikke skader fulgene.

I mai var vi i vestlige deler av Nord-Amerika, nærmere bestemt i California. Her tok vi prøver fra mange arter som er nært beslektet med østlige nordamerikanske arter som vi allerede har prøver fra i Naturhistorisk museums samling av fuglesædceller. Dette er for øvrig verdens største samling av slike prøver.

Feltarbeidet foregikk i eikesavannehabitater og fjellenger—en berikende opplevelse både på det personlige og vitenskapelige plan! Nylig kom vi hjem fra en tur til New Zealand, hvor vi tok prøver fra innførte europeiske arter for å undersøke evolusjon over en veldig kort tidsskala.

Nå som prøvene er innrullert i museets samling, kan vi starte å måle og analysere sædcellene. Forhåpentligvis vil analysene avsløre flere av sædcellenes hemmeligheter og hvordan disse gåtefulle cellene har påvirket det slående artsmangfoldet på jorda.

Naturhistoriebloggen

Naturhistorisk museum har ikke bare en enorm samling av naturhistoriske gjenstander, det har også et mangfoldig team av forskere fra alle verdenshjørner. Disse forskerne deler en nysgjerrighet på å forstå opprinnelsen til planeten vår og livet den huser. I denne bloggen deler vi noen av de spennende funnene, resultatene, historiene og anekdotene fra denne nysgjerrighetsdrevne forskningen.