قدیمی‌تر از حیوانات: خاستگاه اسپرم به یک میلیارد سال قبل برمی‌گردد

تقریباً تمام حیوانات از طریق مرحله‌ای تک‌سلولی در چرخه زندگی خود تولیدمثل می‌کنند. این مرحله شامل دو نوع سلول جنسی است: تخمک‌ها و اسپرم‌ها. تخمک‌ها سلول‌های بزرگی هستند که نه تنها ماده ژنتیکی بلکه منابع لازم برای رشد اولیه جنین را در خود دارند، در حالی که اسپرم‌ها مسئول انتقال ماده ژنتیکی از یک بدن به بدن دیگر هستند، تخمک را پیدا می‌کنند و با آن ادغام می‌شوند تا زیگوت لقاح‌یافته ایجاد شود.

آرتور ماته، پژوهشگر از دانشگاه کمبریج به‌نقل از نیوساینتیست توضیح می‌دهد: «اسپرم حامل دستگاهی است که اجازه می‌دهد زندگی از نسلی به نسل بعد منتقل شود. این سلول ردپای بیش از ۷۰۰ میلیون سال تکامل را در خود دارد و احتمالاً با منشأ حیوانات مرتبط است. ما می‌خواستیم داستان طولانی تکامل اسپرم را بازسازی کنیم و بفهمیم این سلول جادویی از کجا آمده است.»

ماته و تیمش با استفاده از داده‌های علمی آزاد، اطلاعات پروتئین‌های اسپرم را در ۳۲ گونه حیوانی، از جمله انسان، تحلیل کردند. سپس داده‌ها را با ژنوم ۶۲ موجود، شامل گروه‌های تک‌سلولی مرتبط با حیوانات، ترکیب کردند تا مسیر تکاملی اسپرم در شاخه‌های مختلف حیوانات را دنبال کنند. نتایج نشان داد که «جعبه ابزار اسپرم» شامل حدود ۳۰۰ خانواده ژنی، هسته ژنومی آخرین اسپرم مشترک عمومی را تشکیل می‌دهد.

ماته می‌گوید: «خیلی جالب است که می‌بینیم بسیاری از اجزای اسپرم، حتی قبل از پیدایش حیوانات چندسلولی، نوآوری‌های بزرگی داشته‌اند». این بدان معناست که دستگاه اسپرم، شامل تاژک که سلول را حرکت می‌دهد، پیش از ظهور حیوانات چندسلولی تکامل یافته بود. به عبارت دیگر، نیاکان دور ما زمانی موجوداتی تک‌سلولی بودند که در اقیانوس شنا می‌کردند و ابزارهای اسپرم ابتدا در همین سلول‌های شناگر شکل گرفتند؛ یعنی ده‌ها میلیون سال قبل از اینکه حیوانات شکل بگیرند.

ماته توضیح می‌دهد: «وقتی حیوانات چندسلولی و سلول‌های تخصصی ایجاد شدند، اسپرم را از صفر اختراع نکردند. آن‌ها طرح بدنی این نیاکان شناگر را بازسازی کردند و آن را برای تولیدمثل به کار گرفتند. به عبارت دیگر، اسپرم اختراع تازه و چشمگیر حیات چندسلولی نیست؛ بلکه بازتولیدی از یک طرح بدنی تک‌سلولی محسوب می‌شود.»

مطالعه نشان داد که نوآوری‌هایی که باعث تنوع عظیم اسپرم مدرن شدند، بیشتر بر سر سلول تأثیر گذاشته‌اند، درحالی‌که دم آن تقریباً از زمان نیاکان مشترک تغییر چندانی نکرده است.

راه‌های لقاح در طبیعت بسیار متنوع است؛ برخی اسپرم‌ها تخمک را در داخل بدن پیدا می‌کنند و برخی دیگر در اقیانوس آزاد شنا می‌کنند. آدریا لوبوف، از اعضای تیم می گوید: «پیداکردن تخمک در این محیط‌های مختلف، نیازمند ابزارهای متفاوتی است. اما هر کجا که باشید، هنوز نیاز دارید شنا کنید، بنابراین دم سلول نسبتاً محافظت‌شده باقی مانده است.»

جنی گریوز از دانشگاه لاتروب در ملبورن، استرالیا، یافته‌ها را نمونه‌ای زیبا از نحوه کار تکامل می‌داند: «تکامل اغلب اجزای موجود را بازسازی و بازتولید می‌کند، نه اینکه از اول اختراع کند.»