W ewolucyjnym pochodzeniu spermy można doszukać się jednokomórkowego przodka wszystkich istniejących zwierząt.
Prawie wszystkie zwierzęta rozmnażają się poprzez jednokomórkowy etap cyklu życia, w którym występują dwa rodzaje komórek płciowych, czyli gamet. Jaja są większymi komórkami zawierającymi materiał genetyczny i zasoby potrzebne do wczesnego rozwoju, podczas gdy sperma przenosi materiał genetyczny z jednego organizmu do drugiego, lokalizuje jajo i łączy się z nim, tworząc zapłodniony zygot.
„Sperma przenosi mechanizm pozwalający na przekazanie życia z jednego pokolenia na kolejne” – mówi Arthur Matte z Uniwersytetu w Cambridge. „Zachowuje ślady ponad 700 milionów lat ewolucji i jest prawdopodobnie związana z pochodzeniem samych zwierząt. Chcieliśmy prześledzić tę długą historię ewolucyjną, aby zrozumieć, skąd pochodzi sperma.”
Matte i jego koledzy wykorzystali zbiory danych otwartych naukowo zawierające informacje o białkach stanowiących spermę 32 gatunków zwierząt, w tym ludzi. Następnie połączyli te dane z genomami 62 organizmów, w tym niektórych grup jednokomórkowych związanych ze zwierzętami, co pozwoliło im prześledzić różnicowanie spermy wśród linii zwierząt.
Odkryli, że „sperma zestawu narzędziowego” składającego się z około 300 rodzin genów stanowiło rdzeń genomu ostatniego uniwersalnego wspólnego przodka spermy.
„Mogliśmy zauważyć, że wiele mechanizmów spermy miało duże innowacje jeszcze przed istnieniem zwierząt wielokomórkowych, długo przed samymi spermatozoidami” – mówi Matte.
Sugeruje to, że mechanizm spermy, „flagellum popychające komórkę jednokomórkową”, ewoluował już przed pojawieniem się zwierząt wielokomórkowych, mówi Matte.
Oznacza to, że nasze odległe przodki były kiedyś wszystkie jednokomórkowcami pływającymi w oceanie, a zestaw narzędziowy spermy po raz pierwszy przybrał kształt w pływających jednokomórkowych przodkach, długo przed istnieniem zwierząt.
„Kiedy zwierzęta rozwijały wielokomórkowość i specjalizację komórek, nie wynalazły spermy od zera; ponownie wykorzystały plan ciała tych pływających przodków jako fundament reprodukcji” – mówi Matte. „Innymi słowy, sperma nie jest nowatorskim wynalazkiem życia wielokomórkowego; jest zbudowana na planie ciała jednokomórkowego, dostosowanym do reprodukcji.”
Badanie wykazało również, że innowacje prowadzące do ogromnej różnorodności współczesnej spermy głównie zmieniły głowicę komórki, podczas gdy ogólna budowa ogona mało się zmieniła od wspólnego przodka.
Istnieje wiele różnych sposobów zapłodnienia, przy czym niektóre spermy spotykają jaja wewnątrz ciała, a inne pływają w otwartym oceanie, mówi członek zespołu Adria LeBoeuf, również z Uniwersytetu w Cambridge. „Znalezienie jaja w tych różnych środowiskach będzie różne i wymagać będzie różnych mechanizmów” – mówi. „Ale bez względu na to, gdzie jesteś, nadal musisz pływać, więc ogon jest dość konserwatywny.”
„To piękny przykład tego, jak ewolucja działa, aby przekształcić to, co już istnieje, zamiast wynajdować mechanizmy od zera” – mówi Jenny Graves z Uniwersytetu La Trobe w Melbourne, Australia.
