Научниците конечно успеаја да решат една од важните еволутивни енигми - зошто човечката јајце-клетка еволуирала да биде многу поголема од сперматозоидот.
Одговорот на прашањето е логичен и очекуван - причината е натпреварувањето за ресурси во природната селекција. Но, студијата покажа и како тоа се случило и дека таквиот развој на настаните е еволутивна неопходност.
Јајце-клетките кај животните се генерално многу поголеми од сперматозоидите
Кај повеќето животни денес, јајце-клетките се многу поголеми од сперматозоидите. Кај луѓето, тие се дури 10 милиони пати поголеми кога се споредува нивниот волумен.
Во студијата објавена претходно годинава во Journal of Theoretical Biology, научниците од Northwestern Engineering во САД открија дека разликата во големината на гаметите, машките и женските репродуктивни клетки, во моделите засновани на клучните еволутивни параметри нужно ќе се зголеми.
Со помош на математичко моделирање, тимот на Northwestern Engineering го истражуваше раниот период во еволуцијата кога примордијалните видови се размножувале со надворешно оплодување, што денес постои главно кај рибите и некои други животни во вода, бидејќи таа ѝ овозможува на спермата да доплива до јајцата.
Еволутивни предности и недостатоци на големината
Во моделот, поголемите репродуктивни клетки, или гамети, имаа конкурентска предност бидејќи можеа да задржат повеќе хранливи материи и витамини за опстанок на потенцијалниот зигот создаден со спојување на гаметите.
Од друга страна, предноста на помалите гамети е што се потребни помалку ресурси за нивно создавање, што значи помал стрес за родителите.
„Организмите морале или да ги произведат најголемите гамети со најмногу хранливи материи, или најмалте гамети што ќе користат најмалку ресурси“, рече водачот на студијата Даниел Абрамс, професор по инженерство и применета математика на Факултетот за инженерство МекКормик.
„Веруваме дека оваа разлика во големината е речиси неизбежна; таа се заснова на веродостојни претпоставки за тоа како функционира сексуалната репродукција и како функционира природната селекција“, додаде тој.
Во нивното моделирање, тимот започна од изогамија, почетна состојба во која сите гамети имаа приближно иста големина и различните полови сѐ уште не постоеја. Тимот потоа користел математички модел развиен за ова истражување за да открие како изогамијата се претворила во анизогамија, состојба во која некои гамети, претходници на денешните сперматозоиди и јајце-клетки поврзани со биолошкиот пол, станале многу мали, а други прилично големи.
Во моделот, анизогамијата произлезе од конкуренцијата за опстанок во средина со ограничени ресурси. Поголемите гамети имаат предност во однос на помалите бидејќи содржат повеќе хранливи материи што ја зголемува веројатноста за преживување на зиготот.
Но, организмите не можат да произведат многу гамети без да имаат самите потреба од повеќе ресурси. Заштеда може да се постигне ако телото произведува мноштво мали гамети.
„Во почетокот на еволуцијата, кога се појавила сексуалната репродукција, гаметите биле симетрични. Но, таа симетрија за кратко време исчезнала“, рече Абрамс.
„На крајот, имаме некои организми кои се специјализирани за големи гамети и други кои се специјализирани за мали гамети.
Различни предности за различните полови
Очигледно за мажјаците било оптимално да се произведат многу мали гамети, сперматозоиди, за да се зголеми веројатноста за оплодување, додека за женките било оптимално да се произведуваат помалку, но големи јајце-клетки, така што оплодените имаат повеќе хранливи материи за преживување и понатамошен развој.
Абрамс рече дека сѐ уште не е јасно зошто некои изогамни видови постојат и денес. На пример, некои видови алги и габи се размножуваат асексуално или симетрично.
„Постоеја различни теории за тоа како настанала анизогамијата, сѐ до Чарлс Дарвин“, рече Абрамс.
„Прашањата во еволутивната биологија се многу тешки за тестирање бидејќи можеме да ги проучуваме само видовите што постојат денес. Не можеме да видиме како изгледале пред милијарди години. Во таа смисла, употребата на математички модели може да донесе нови сознанија и сфаќања“, заклучи Абрамс.
Математичка основа на сознанијата
Молекуларниот биолог Кристијан Влаховичек од ПМФ во Загреб вели дека овој труд е интересен, не само затоа што објаснува како еволуцијата довела до разлика во големината на гаметите, туку и поради начинот на кој научниците научиле за тоа - користејќи математичко моделирање и нумеричка анализа.
„Во текот на изминатите неколку децении, биологијата станува сè поквантитативна и се заснова не само на опишување на перцепциите за живиот свет, туку и на сè поцврста математичка и нумеричка основа“, изјави тој за Index.hr.
„Ова ни овозможува, како во физиката, на пример, да правиме математички модели и да ги користиме за да ги разбереме механизмите што довеле до овој вид жив свет околу нас. На овој начин навистина можеме да кажеме дека разбираме зошто и како нешто се случило во текот на еволуцијата, а потоа тоа го потврдуваме со набљудувања. Конечно, моделите кои веродостојно опишуваат одреден биолошки систем или настан исто така ни овозможуваат да предвидиме како некој својство или феномен може да се промени во иднина и дури тогаш можеме да кажеме дека целосно сме го совладале новото знаење за животот околу нас“, објаснува Влаховичек.
