Samice většiny druhů jsou promiskuitní. Rády kopulují s vícero samci současně. Poté zapojují do hry proteinový aparát, který ze změti spermií selektuje „toho nejlepšího“.

O velikonocích se většinou barví vajíčka. Američtí vědci to zkusili z opačného konce a začali barvit spermie. Provádí to drozofilám, protože ty, i když jim děláte nepěkné věci, nejsou hlučné a tak to ochranářské organizace nechává v klidu. Hlavním důvodem ale je to, že o co je banánová muška menší o to má větší spermie. Jsou tak velké, že patří k největším na světě a tak jsou v mikroskopu dobře vidět. Být dnes v biologických vědách „in“ znamená geneticky modifikovat. Američtí vědci z východního cípu USA ukázali, že v tomto směru nejsou žádná béčka a přichází hned se dvěma liniemi svítících mušek: zelenými a červenými. To vše jen proto, aby ukojili svůj vědecký voyeurismus. Chtějí totiž na vlastní oči pozorovat tanečky spermií v pohlavních cestách při honbě za početím.

Zvětšit obrázek

Alireza Fazeli

Za vše tak trochu mohou nedávné poznatky beroucí iluze o monogamních svazcích. Ukázalo se, že příroda s touto formou rozmnožování nepracuje ráda. Má k tomu své důvody. Styk s mnoha samci například pomáhá z populace eliminovat neblahý vliv sobeckých elementů (genů). Ať se nám to líbí nebo ne, mít pohlavní styk s více partnery najednou, nebývá na škodu. Alespoň u much a sviní tomu tak je. Pokud jde o nám fyziologicky blízká prasata, tak inseminace „směsným semenem“ (od vícero samců) dává lepší výsledky v zabřezávání. To není vše. Prasnice když jim dáte volnost, promiskuitu rády využívají. Pak ale umí nějak zaonačit, že upřednostní spermie samce, který se jim (z nějakých důvodů kterým zatím rozumí jen ony samy), líbí více. Praxe pro to vymyslela termín „postkoitální selekce“. Míní se tím schopnost samičí „sladké komůrky“ vnímat přítomnost sperma a reagovat na něj změnou chemického a biologického prostředí v děloze a vejcovodu. Pojem zahrnuje i proteinovou lázeň „došlých“ spermií, kterou si samice prosazují své zájmy a některého z použitých nápadníků učiní šťastnějším.

Úloha genů
O jak složitých mechanismech zde mluvíme vyplyne až tehdy, když si uvědomíme, že u člověka zůstávají spermie v pohlavních cestách ženy životaschopné pět dnů. U jiných savců (netopýrů) přežívají až šest měsíců, u hmyzu to jsou až desetiletí. Ale ať už jde o dny nebo roky, přežívání spermií se vždy děje v nepřátelském prostředí. Jak jinak nazvat místo, kde imunitní systém neustále slídí po vetřelcích. Všude jinde by spermie jako cizorodý materiál okamžitě zničil. Samičí pohlavní trakt ale spermie dokáže zakamuflovat a armádu bojechtivých lymfocytů uchlácholit a ten je pak  považuje za přátele. Není to tak, jak jsme si ještě nedávno mysleli, že spermie se dokážou samy střetům s imunitním systémem vyhýbat. Imunitní systém není tak hloupý, aby mu geneticky zcela cizorodý materiál v tak velkém množství beztrestně a tak dlouho unikal. Útok nezahajuje proto, že samy samice spermie zahalují do neviditelného pláště ze speciálních proteinů. Alizera Fazeli, který se tím zabývá na University of Sheffield, tvrdí, že osud spermií závisí na systému senzorů v pohlavním aparátu samic, které řídí expresi genů. Jde o geny v buňkách vejcovodů a ty se zapínají, jakmile se v daném místě spermie ukážou. V praxi to pak vypadá tak, že pokud se mršky s ocáskem začnou vejcovodem prohánět,  senzory aktivují geny a sekreční slizniční buňky změní složení tekutiny ve vejcovodech. Především jde o zastoupení proteinů a některé z nich se navazují na přítomné spermie a ovlivňují jejich transport a možná i dozrávání. Tvorba zmíněných proteinů nejenže stojí za ochranou spermií jako takových, ale i za jejich selekcí. Ty zavržené pak leukocyty a makrofágy nekompromisně likvidují.

Vědecký voyerismus : Která ze spermií zvítězí – zelená, nebo červená?
 

Paradox
Na drozofilách se vědci snaží pochopit, co stojí za jistou nelogičností, které se začalo říkat „spermiový paradox“.  Postkopulační soutěžení samčích spermií u nevěrných samic vede k prosazování spermií, které jsou lépe pro soutěžení vybaveny. Buďto mají větší zásobu energie a mohou si pak dovolit výkonnější „motor“, čímž jsou rychlejší než konkurence, nebo koordinují svůj pohyb a spojují se do „vláčků“, takový vlak do sebe zaklesnutých spermií je také rychlejší, než „sám voják v poli“. V každém případě ale jakákoliv investice samce do produkce „sofistikovanějších“ spermií vede k nárůstu jejich velikosti. To pak vytváří tlak na pokles počtu spermií v ejakulátu. Pokusy na muškách nám v tomto směru nabouraly zakořeněnou představu, že v evolučním boji vítězí samci, kteří produkují co nejvíce (tedy spíše malých) spermií. Dřívější představě evolučního tlaku na malé spermie se také někdy říká tradiční teorie sexuální selekce.

Zvětšit obrázek

Prase je člověku po fyziologické stránce velmi blízký obratlovec. Ve vejcovodech prasnic vědci prokázali přítomnost systému, jež rozhoduje o bytí a nebytí samčích spermií. Selata se rodí hlavně po tom kanci, kterému samice k otcovství dopomůže nekalým způsobem.

Pokud by samci začali produkovat stále větší spermie v menším počtu, vložená investice do vajíček a spermií se začne přibližovat. Vajíčka se stanou méně „vzácnými“ a sexuální selekce se oslabí.  Podle této teorie (nazývané „teorie izogamie“) vkládají oba rodiče -jak samice, tak i samec do svých gamet stejné množství energie. Tím každá z gamet získává stejnou šanci účastnit se na úspěšném oplodnění. V takové populaci pak sexuální selekce je extrémně slabá a prakticky pozbývá smyslu.

Zvětšit obrázek

Nina Wedellováz University of Exeter na populacích drozofil dokázala, že zabránění možnosti kopulace s vícero samci zavede celou populaci do záhuby již během zhruba devíti generací.

Jak to s oběma teoriemi v přírodě vlastně je, se již nějakou dobu snaží zjistit Adam Bjork a Scott Pitnick.  Zkoumají, jak se vyvíjejí selekční tlak u různých populací drozofil. Jedno jejich pokusné „stádo“ patřilo k Drozofile melanogaster (neizogamní populace), kde samci produkují 30 spermií na jedno muší vajíčko. Populaci z opačného konce spektra tvořil téměř izogamní druh - Drozofila bifurca. Tito samci produkují jen šest spermií na jedno vajíčko. Po létech pokusničení se dobrali Bjork s Pitnickem překvapení – selekční tlak na samce, navzdory teoretickým předpokladům, neustává. Se zvětšováním spermií a poklesem jejich počtu se navzdory všem předpokladům selekční tlak nesnižuje. Jinak řečeno, jakmile se samice jednou rozhodnou preferovat větší a vybavenější spermie, změní tím jen nastavení kormidla evolučního procesu, nikoliv jeho sílu a tak místo produkce mnoha malých, budou samci selektováni podle jejich velikosti a vítězit budou ti, jež se budou co nejvíce blížit strategii samičího pohlaví – tedy co největší investice do gamety – jinými slovy - produkující malý počet velkých gamet.

Takový paradox ale není ničím mimořádným. Evoluce jich zná celou řadu. Stačí zmínit například selekční tlak na velké barevné ocasy a to ať u pávů, nebo ryb. Nebo módnost popěvků u ptáků. Inu, pokud se něco samicím zalíbí, byť by to byl nesmysl, my samci se můžeme přetrhnout, jen abychom uspěli. A ukáže-li se časem, že to byla hloupá volba, je momentálně nepodstatné. Evoluce neplánuje, jde v ní jen o to, co je momentálně sobecky úspěšné. Za chybu se platí a špatně nasměrovaná populace časem ze scény zmizí.

Válka pohlaví
Hrátkám předcházejícím splynutí vajíčka se spermií mnozí neřeknou jinak než válka pohlaví. Zdá se, že trumfy v tomto směru mají v ruce samice. I když spíše než o ruce tu jde o vejcovody.   
U Drosophila bifurca rozhodnutí samic preferovat velké spermie vedlo k jejich impozantním rozměrům. Titěrný mušák má spermie dlouhé 6 centimetrů. Ano, šest centimetrů! K tomu si musí pořídit patřičně dlouhý pohlavní aparát, který dosahuje dvacetinásobku délky tělíčka svého nositele. Když se to tak vezme, tak vlastně můžeme být rádi, že naše partnerky nezvolily stejnou taktiku. Pokud je ale někdy chytne stejná módní vlna, pak se jim zavděčíme spermiemi 37 metrů dlouhými.

Zvětšit obrázek

Spermie samců drozofil, jejichž partnerky si oblíbily velké spermie, jsou impozantní. Dosahují délky šesti centimetrů.

Diskutovanou otázkou je, zda sexuální selekce může dospět až k bodu, který je vlastnímu aktu oplození na škodu. Ze zatím provedených pokusů se dá vyčíst, že pokud se selekce vydá směrem preference velkých spermií, tak ať se jedná o různé druhy, samice se začnou více podobat svým samčím protějškům a zvýší se tlak na selekci samic. Zatím jsme měli zato, že ať už se samice páří jednou nebo, řekněme šestkrát na jedno početí, počet jejích potomků je vždy stejný. Tak jsme uvažovali, protože jsme byli v zajetí představ, že spermií k oplození je k dispozici vždy dostatek a že ovulovaná vajíčka v tomto směru nouzí netrpí.

Zvětšit obrázek

Scott Pitnick , vedoucí týmu tvůrců svítících spermií.

Pokusy s muškama ale dokládají, že s rostoucí délkou spermií je počet potomků svázán s počtem opakovaných páření. Jinak řečeno – jeden samec na to již nestačí.

Chemická válka
Ze dvou studií zveřejněných v uplynulém týdnu vyplývá, že evoluční strategie předání genů za každou cenu se nijak neomezuje a že i pohlavní orgány krátce po ejakulaci jsou kolbištěm, kde proti sobě soupeřící gangy spermatu. K likvidaci soupeře využívají i chemické zbraně. Dánští a Australští vědci na mravencích a včelách dospěli ke stejnému závěru – sperma rivalů, která se do samice dostanou při kopulaci s vícero samci, proti sobě válčí s cílem se vyřadit z oplozovacího procesu. Přesně podle hesla “vítěz bere vše”. Na stříbrné a bronzové medaile se nehraje.
Američané u drozofil zjistili, že k bojůvkám lze využít i mocnou vlnu, kterou sperma předchůdců  jednoduše vypláchnete. Jen tím si muší samci drozofil umí zajistit preferenci v oplození dosahující 80%. Každý z předchůdců tratí hodně, nicméně i po něm se něco málo narodí, což je konec konců populaci ku prospěchu, protože jí to diverzifikuje a udržovaná rozmanitost v případě potřeby dovolí rychle na změněnou situaci reagovat. Kdyby samice dovolila vypláchnout samcovi vše po jeho přechůdci ( o což se on sobecky snaží), bylo by to na úkor přežití populace. Snaha posvítit si na to, jak to všechno v pohlavním aparátu chodí samic chodí, vedla Scotta Pitnicka k vytvoření transgenních samců. Vpravil jim do těla gen pro tvorbu zeleného nebo červeného fluorescenčního proteinu. Výsledkem jsou samci produkující světélkující spermie. Do nejintimnějších intimností banánových mušek nahlíží tak, že odebere samcům svítící spermie a následnými inseminacemi je vpravuje do mušek. Mezi jednotlivými “umělými kopulacemi” vědec mění časové prodlevy a sleduje co se v pohlavních cestách se spermiemi děje. Co je pak v mikroskopu vidět můžete sledovat ZDE:

a také ZDE (Quick Time) (Kredit Nature)

Samci sledovaných drozofil při kopulaci předávají do samice zhruba 1400 spermií. Z nich asi 500 si samička uskladní do tří skladovacích prostor. Jako skladiště spermatu využívá slepá ramena vycházející z hlavního tahu reprodukčního traktu. Teprve až toto barvení spermií ukázalo, jak to vlastně v muším světě lásky chodí. Jakmile si muška něco začne s druhým mušákem, tak ještě předtím než do ní uvolní svoje sperma, muška mu vyklidí část zásob, které si udělala s jeho předchůdcem. Pak teprve dochází k ejakulaci, při níž mušák číslo 2 splachuje mocnou vlnou předchozí sperma svého soka.

Testes u drozofil tvoří jedenáctprocent hmotnosti jejich těla.

U mravenců stříhajících listy si královna uskladňuje 100 až 400 milionů spermií a ty pak využívá k oplodnění jednu až dvě desítky let. Za tu dobu splodí 50 – 150 milionů vajíček. Včelí královna má jen zhruba milion potomků. Jak u včel, tak i u mravenců se královny při jediném svatebním letu páří až s dvaceti trubci. Svatební veselí trvá jen několik hodin. Zatímco samci krátce po aktu hynou, v případě včelích trubců jejich spermie žijí v tělech královen čtyři roky, u mravenců to je různé. Když vědci na podložním sklíčku sledovali co se se směsí takových spermií děje přišli na zajímavou věc. Když na sklíčko dali sperma, označme si jej jako sperma 1, nic se nedělo. Jakmile ale k němu přidali ejakulační tekutinu ze sperma samce 2, spermie samce 1 to nepřežily. Nevraživost je dílem cytotoxického proteinu, který umí napadat cizí buňky. Jde o stejný princip, jaký využívá imunitní systém k boji s vetřelci. 

U druhů, kde se královna páří jen jednou (s jediným samcem) se sperma samce nemá šanci v pohlavním aparátu potkat se spermatem jiného soka. A tak by bylo zbytečné, aby si samci tvářeli ve svých semenných tekutinách nějaké čety likvidačních proteinů směrovaných na spermie “toho druhého”. Taková situace platí například pro čmeláky. Jejich semenná tekutina je ke spermiím jiných čmeláků zcela benevolentní.

Jacobus Boomsma, populační biolog z University of Copenhagen si vyhrál s mravenci zvanými farmáři. Jde o druh, který si do mraveniště nosí kousky listů a na nich si hluboko v zemi pěstují houbu kterou se živí. Jejich královna žije až dvacet let a na celou tu dobu si musí během svatebního letu udělat zásoby spermatu. Pokud by ale sperma mělo v jejím těle soupeřit, bylo by to na úkor věci a tak si královna vytvořila protein, kterým chemické zbraně rivalů zneškodňuje. Boomsma na to přišel když vzal sperma od dvou mravenců a ukázalo se, že se vzájemně nesnášejí. Když ale do jejich ejakulačního koktejlu přidal tekutinu získanou ze zásobních žláz mravenčí královny, boj mezi spermiemi soků rázem ustal. Cesty boje pohlaví jsou velmi rozmanité, podobně jako je rozmanitý sám život. Nějakou šablonu a obecné schema bychom zde hledali marně.

Zvětšit obrázek

Mušku (Drosofila melanogaster) vědci inseminovali zeleným a červeným spermatem. Zelené spermie obsadily „skladovací prostory“ z nichž jsou postupně uvolňovány.

Doslov
V tradičním pojetí procesu oplození jsme si představovali, že spermie mezi sebou o vajíčko soupeří. Je to hezká teorie, neboť z početí dělá výhradně mužskou záležitost. Vítězem se stává některá ze spermií, které jsou v plaveckém maratónu nejrychlejší.  Všechno je ale jinak a naše mužská ješitnost dostává s každým dalším poznatkem pěkně na frak.  I když se samec bude snažit a dodá ty nejrychlejší a nejlepší spermie, když se něčím znelíbíme, máme smůlu. Buďto se na nás nedostanou pláště neviditelnosti, nebo nám samice na ty naše posly nabalí něco, co pak funguje podobně, jako když máte běžet maraton s „koulí na noze“. Postkopulační selekce, ať se nám to líbí nebo ne, staví do pozice řídícího orgánu samici. Ta rozhodne, koho si pustí k tělu a z tohoto užšího výběru nápadníků pak ze směsi ejakulátů selektuje ještě jednou, než někomu dovolí ten zelený věneček vyhrát. Jistě lze namítnout, že to nefunguje stoprocentně, viz například otěhotnění po znásilnění, inseminace zvířat se také většinou provádíme jen semenem od jednoho plemeníka. Nicméně důkazů o tom, že postkoitální selekce v situaci polyandrie (při styku s vícero samci současně) existuje, kvapně přibývá a týká se to bohužel nejen říše  hmyzu, ale i savců. Za vším stojí pochopitelně jen sobecká hra genů. Celé to ale dělá dojem, že  samčí pokolení skáče podle toho, jak mu to samičí píská. Paradoxně je „silnějšímu“ pohlaví nabídnuta pouze šance účastnit se v soutěži a podřídit se momentální módě a respektovat to, co se křehčímu pohlaví zrovna zamlouvá. Válku pohlaví, jak se postkoitální selekci také někdy říká, můžeme díky geneticky modifikovaným drozofilám a jejich svítícím spermiím sledovat díky Američanům ze Syracuse University v přímém přenosu. Zatím to ještě není ve 3D, ale v in vivo podmínkách v reálném čase a v barvách ano.