Сперматозоїди і яйцеклітини різних тварин можуть бути неймовірно маленькими — у багато разів менше, ніж людські, а можуть бути і воістину величезними.
Від чого ж це залежить і хто чемпіон?
У більшості біологічних видів — дві гамети, ми визначаємо їх як чоловічу і жіночу.
«Гамети виконують дві основні функції: а) забезпечити зиготу (запліднену яйцеклітину, що розвивається особина, — Прим. перекл.) достатнім запасом поживних речовин і захисними оболонками і б) знайти статеві клітини того ж біологічного виду і запліднити їх», — пояснює Меттью Гейдж з британського Університету Східної Англії.
«Виконувати однаково добре і те, і інше — це складне завдання, тому що кожна з функцій має свої специфічні особливості і вимоги, що впливають як на розмір, так і на кількість клітин».
«З одного боку, для статевих клітин, що відповідають за виживання потомства, важливий великий розмір з достатнім живильним потенціалом — так з'явилися і розвивалися яйцеклітини, вироблені жіночими особинами», — продовжує він.
«З іншого боку, потрібні гамети, оптимально виконують завдання проникнення в яйцеклітину і запліднення її, тому еволюція подбала про те, щоб сперматозоїдів, виробляються чоловічими особинами, була достатня кількість».
Чому сперматозоїди бувають такими різними — і за розміром, і за формою?
Для дослідників тут роботи непочатий край.
Логічно можна припустити, що чим менше живий організм, тим менше його сперматозоїди. Однак так буває далеко не завжди. Більш того, найдовший з відомих науці сперматозоїдів — у крихітній мушки.
Муха дрозофіла (Drosophila bifurca) виробляє сперматозоїд у вигляді клубка. Коли вченим вдалося розмотати цей клубок на всю його довжину і виміряти, виявилося, що сперматозоїд маленької мушки сягає майже 6 див. Це в 20 разів довше, ніж тіло чоловічої особини цієї самої дрозофіли.
У дослідженні 2016 року воістину гігантський за мірками дрозофіли сперматозоїд порівнювався з хвостом павича. Тобто він, як передбачалося, еволюційно розвинувся довжини у зв'язку з тим, що жіночі особини воліли саме такі, довгі.
Однак більше — не завжди означає краще. На іншому кінці масштабної шкали — найкоротший з відомих науці сперматозоїдів — оси-паразитоида, Cotesia congregata. У ньому менше 7 мікрометрів (0,0007 см).
Як говорить Ронда Снук з Шеффілдського університету (Великобританія), є кілька можливих пояснень таким великим відмінностями в розмірах сперматозоїдів.
Дослідження Снук показали, що природний відбір залишив тільки сперматозоїди, найбільш оптимальною для розмноження форми і розміру.
Може здатися дивним, що перемогли як коротенькі, так і довгі, однак все це визначається обставинами розвитку того чи іншого біологічного виду — а точніше, конкуренцією та критеріями вибору.
Коли жіночі особини спаровуються з безліччю чоловічих, сперматозоїди вступають у конкуренцію один з одним, і тільки найбільш здоровий з них виграє це жорстке змагання і запліднити яйцеклітину.
Такі умови породили масу варіацій — в тому числі і той довжелезний сперматозоїд дрозофіли.
Як приклад сверхконкурентоспособности можна привести сперму мокриці, яка утворює ланцюжка маленьких капсул, допомагають один одному, і насінну рідину деяких мух і жуків, яка отруює сперму конкурентів.
Одна з поширених тактик, застосовуваних чоловічими особинами, — встановлення так званої копуляционной пробки, перекриває сперматозоїдів інших чоловічих особин доступ до яйцеклітин. Копуляционная пробка використовується павуками, шмелями, білками і навіть деякими приматами.
Але за великим рахунком для чоловічої особини все зводиться до досягнення переваги або за рахунок виробництва великої кількості сперми, або малого її кількості, але більш сильною.
Вибір залежить від декількох факторів, наприклад, від того, шлях якої довжини повинен проробляти сперматозоїд або як багато енергії залишається у чоловічої особини після всіх шлюбних ритуалів, що передують спаровування.
Скажімо, в дослідженні 2015 року висувається припущення, що великі ссавці виробляють більш дрібні сперматозоїди, оскільки репродуктивний тракт їх самок більшого розміру. І це звучить логічно — адже чим більше поле, тим більше потрібно гравців.
Крім усього іншого, є ще і «загадка жіночого вибору»: у деяких біологічних видів жіноча особина може вибирати, чиї сперматозоїди оплодотворят її яйцеклітини.
«Ми багато чого не знаємо про цей процес: то таке розмаїття в формах та розмірах сперматозоїдів стало результатом цього самого "загадкового жіночого вибору", то все зводиться до конкуренції, — розмірковує Снук. — Але як і в більшості питань, які постають перед наукою, швидше за все, це поєднання кількох факторів».
З жіночими яйцеклітинами не менш складно.
Найбільше яйце серед живих істот відкладає страус. Воно в 20 разів важче курячого яйця — висота його досягає 15 см, ширина 13 см.
Найменші яйця серед птахів — менше 7 мм — відкладає колібрі-бджілка, найменша з колібрі.
Тім Беркхед з британського Університету Шеффілда — автор книги The Most Perfect Thing: The inside (and outside) of a bird's egg («Найдосконаліша річ на світі: всередині і зовні пташиного яйця»). За його словами, у світі птахів розмір яйця як правило пропорційний розміру тіла, хоч є і винятки.
«Ворон (Corvus corax) і полярна птах кайра (Uria aalge) схожі за розміром тіла і важать приблизно 1 кг, — зазначає він. — І тим не менш вага яйця ворона становить лише 3% від ваги самки, у той час як вага яйця кайри становить близько 12% ваги самки».
Беркхед стверджує, що ключовий фактор у визначенні, якого розміру будуть яйця того чи іншого біологічного виду, — це швидкість розвитку зародка.
Особини тих видів, пташенята яких розвиваються швидко, відкладають великі яйця, говорить він.
Тут треба зазначити, що ми трохи непослідовні в тому, як використовуємо слово «яйце».
Порівняємо жіночу яйцеклітину людини, діаметр якої 0,12 мм, з курячим яйцем довжиною 55 мм. Справа все в тому, що куряче яйце — це не тільки яйцеклітина, у нього безліч інших функцій.
У той час як жінки виношують своє потомство в животі, що несуть яйця особини (наприклад, кури) повинні забезпечити своїх дітей достатньою кількістю всього необхідного, щоб розвиватися поза тілом матері.
Для цього останні створюють спеціальну структуру, яку ми звично називаємо яйцем і яка дає зародку їжу, воду і захист (шкаралупа) від зовнішніх впливів.
І це не якийсь дивний каприз природи — велика частина живих істот (птахи, комахи, риби) робить саме так.
Як зазначає Беркхед, тут теж не обходиться без еволюційних компромісів і варіацій: для яких видів кращим варіантом стали великі яйця, для інших — маленькі, але багато.
Принаймні, ясно одне: якщо ви хочете побачити найменші яйця на світі, вам знадобиться мікроскоп.
Згідно з огляду досліджень, зробленому в 1994 році ентомологами Університету Флориди (США), найменші яйця відкладають крихітні паразити.
Не дивно, що дані про таких мікроскопічних яйцях вкрай важко знайти. У тому ж огляді 1994 року згадується маленька мушка-паразитоид Clemelis pullata, у якій найменші яйця з відомих науці: 0,027 на 0,02 мм
Втім, поки що ніхто ще не досліджував статеві клітини мимаридов, мініатюрних ос-паразитоидов (паразитичних наїзників). Ці комахи — одні з найменших на планеті, від 0,5 до 1 мм завдовжки. Нескладно здогадатися, що яйця, які вони відкладають, дуже і дуже маленькі.
