ZNANSTVENICI su konačno uspjeli riješiti jednu od važnih evolucijskih enigmi – zašto se ljudska jajna stanica razvila tako da je mnogo veća od spermija.

Odgovor na pitanje logičan je i očekivan – uzrok je natjecanje za resurse u prirodnoj selekciji. No studija je također pokazala na koji način se to dogodilo te da je takav razvoj bio evolucijska nužnost.

Jajne stanice kod životinja uglavnom su puno veće od spermija

Kod većine današnjih životinja jajne stanice su puno veće od spermija. Kod ljudi su čak 10 milijuna puta veće kada se uspoređuje njihova zapremina.

U studiji, objavljenoj ranije ove godine u časopisu Journal of Theoretical Biology  znanstvenici s Northwestern Engineeringa u SAD-u utvrdili su da će se razlika u veličini gameta, muških i ženskih spolnih stanica, u modelima koji se temelje na ključnim evolucijskim parametrima nužno povećavati.

Uz pomoć matematičkog modeliranja Northwesternov tim je istražio rano razdoblje u evoluciji kada su se primordijalne vrste reproducirale vanjskom oplodnjom, kakva danas postoji uglavnom kod riba i nekih drugih životinja u vodi jer ona omogućuje da spermiji plivaju do jajašaca.

Evolucijske prednosti i nedostaci u veličini

U modelu su veće reproduktivne stanice, odnosno gamete imale konkurentsku prednost jer su mogle zadržati više hranjivih tvari i vitamina za opstanak potencijalne zigote nastale spajanjem spolnih stanica.

S druge strane, prednost manjih gameta je u tome što je za njihovo stvaranje potrebno manje resursa, što podrazumijeva manji stres za roditelje.

"Organizmi su morali proizvesti najveće gamete s najviše hranjivih sastojaka ili najmanje gamete kako bi koristili najmanje resursa", rekao je voditelj studije Daniel Abrams, profesor inženjerskih znanosti i primijenjene matematike na McCormick School of Engineering.

"Vjerujemo da je ova razlika u veličini gotovo neizbježna; ona se temelji na vjerodostojnim pretpostavkama o tome kako funkcionira spolna reprodukcija i kako djeluje prirodna selekcija", dodao je.

U svojem modeliranju tim je krenuo od izogamije, početnog stanja u kojem su sve gamete bile približno iste veličine, a različiti spolovi još nisu postojali. Tim je zatim upotrijebio matematički model razvijen za ovo istraživanje kako bi otkrio na koji način je izogamija prešla u anizogamiju, stanje u kojem su neke gamete, preteče današnje sperme i jajašaca povezanih s biološkim spolovima, postale vrlo male, a druge prilično velike.

U modelu je anizogamija proizašla iz natjecanja za preživljavanje u okruženju s ograničenim resursima. Veće gamete imaju prednost u odnosu na manje jer sadrže više hranjivih tvari što povećava vjerojatnost preživljavanja zigota.

No organizmi ne mogu proizvesti mnogo spolnih stanica a da sami ne trebaju više resursa. Ušteda se može ostvariti ako organizam stvara mnoštvo malih spolnih stanica.

“Rano u evoluciji, kada se pojavila spolna reprodukcija, gamete su bile simetrične. No ta simetrija ubrzo je nestala”, rekao je Abrams.

"Na kraju imamo neke organizme specijalizirane za velike gamete, a druge specijalizirane za male gamete."

Različite prednosti za različite spolove

Očito je za muški spol bilo optimalno da stvara puno malih spolnih stanica, spermija, kako bi se povećala vjerojatnost oplodnje, dok je za ženski spol optimalno bilo da stvaraju manje, ali velikih jajnih stanica kako bi one koje su oplođene imale više hranjivih tvari za opstanak i daljnji razvoj.

Abrams je rekao da još uvijek nije razjašnjeno zašto neke izogamne vrste postoje i danas. Primjerice, neke vrste algi i gljiva razmnožavaju se nespolno ili simetrično.

"Postojale su različite teorije o tome kako je nastala anizogamija, sve do Charlesa Darwina", rekao je Abrams.

„Pitanja u evolucijskoj biologiji jako je teško testirati jer možemo proučavati samo vrste koje danas postoje. Ne možemo vidjeti kako su one izgledale prije više milijardi godina. U tom smislu korištenje matematičkih modela može donijeti nove uvide i razumijevanja“, zaključio je Abrams.

Matematički modeli čitaju povijest

Molekularni biolog Kristian Vlahoviček s PMF-a u zagrebu kaže da je ovaj rad zanimljiv, ne samo zato što objašnjava kako je evolucija dovela do razlike u veličini spolnih stanica, već i zbog načina na koji su o znanstvenici spoznali - koristeći matematičko modeliranje i numeričke analize.

„Biologija je unazad nekoliko desetljeća postala sve više kvantitativna i temeljena ne samo na opisivanju opažanja živog svijeta, nego i na sve solidnijoj matematičkoj i numeričkoj podlozi“, rekao je za Index.

„To nam omogućava da, kao na primjer i u fizici, izrađujemo matematičke modele i koristimo ih kako bismo razumjeli mehanizme koji su doveli do ovakvog živog svijeta koji nas okružuje. Na taj način doista možemo reći da razumijemo zašto i kako se nešto dogodilo tijekom evolucije, a zatim to potvrdimo i opažanjima. Napokon, modeli koji pouzdano opisuju pojedini biološki sustav ili događaj, omogućuju nam također da predvidimo kako bi se neko svojstvo ili pojava mogli mijenjati i u budućnosti, a tek tada možemo reći da smo u potpunosti ovladali novim znanjem o životu oko nas“, tumači Vlahoviček.