La danse délicatement maniérée entre les œufs discernants et les spermatozoïdes en lice est plus compliquée que les scientifiques ne le croyaient autrefois, et il peut contenir des secrets sur l'évolution de nouvelles espèces.

Dans un article publié dans la revue Naturaliste américain , Le président et professeur de sciences biologiques Don Levitan enquête sur un mystère fondamental dans notre compréhension scientifique de la reproduction sexuée :les spermatozoïdes sont-ils en compétition et les œufs ont-ils jamais le choix ?

En ce qui concerne les oursins au moins, la réponse est oui.

En utilisant les populations d'oursins au large de la côte Pacifique du Canada, Levitan a entrepris de déterminer dans quelle mesure, chez les animaux marins utilisant la fertilisation externe, les spermatozoïdes de plusieurs mâles rivalisent pour féconder les ovules individuels. Les oursins sont considérés comme une bonne espèce modèle pour les scientifiques car ils cherchent à mieux comprendre les organismes marins, car les animaux épineux peuvent être facilement induits à frayer.

Cela les rend parfaits pour l'étude de la fertilisation et de la compatibilité.

"Les modèles de fertilisation et l'évolution de la compatibilité reproductive sont des processus importants pour les organismes marins, " Levitan a dit. " Ce sont des mécanismes qui peuvent conduire au développement de nouvelles espèces, "

Dans la nature, les oursins libèrent des nuages ​​de spermatozoïdes et d'œufs qui se fécondent en flottant dans l'eau. Dans cette étude, Levitan a incité les mâles à frayer, puis a collecté de minuscules parcelles d'eau de mer - suffisamment pour qu'une population de spermatozoïdes interagisse immédiatement avec un ovule - dans des seringues remplies de dizaines d'ovules non fécondés.

Plus tard, Levitan a effectué des analyses de paternité sur les œufs nouvellement fécondés afin de détecter le nombre de spermatozoïdes de mâles présents dans les échantillons. Ses découvertes ont défié ses attentes :les spermatozoïdes de plusieurs mâles étaient en compétition pour féconder des œufs uniques, et les œufs semblaient choisir leur partenaire préféré parmi la foule.

"Alors que nous nous attendions à trouver que les œufs uniques rencontrent généralement le sperme d'un seul mâle, nous avons constaté que les œufs rencontrent souvent simultanément le sperme de plus d'un mâle dans le bref intervalle entre le contact du sperme et la fécondation, " dit Levitan. " C'est la première preuve que les spermatozoïdes de différents mâles se disputent le même ovule, ce qui indique une opportunité pour les œufs d'avoir le choix."

Lorsque les spermatozoïdes en suspension dans l'océan sont à la recherche d'un partenaire favorable, ils s'appuient sur une couche superficielle de protéines de reconnaissance pour se lier aux œufs récepteurs et les féconder.

Selon une compréhension traditionnelle des processus de sélection, les spermatozoïdes avec des protéines plus efficaces doivent être sélectionnés systématiquement, alors que les spermatozoïdes avec des protéines moins efficaces, avec leur aptitude inférieure à la fécondation, devraient être rapidement éliminés du pool génétique.

Cependant, c'est souvent le cas que les spermatozoïdes avec des protéines de reconnaissance moins efficaces sont en fait plus susceptibles de féconder un ovule avec succès.

"C'est un peu déroutant, " dit Levitan. " On pourrait penser qu'au sein d'une espèce, la protéine la plus compatible doit toujours être sélectionnée. Alors pourquoi voyons-nous constamment des variations dans l'efficacité de ces protéines dans la population ? »

La réponse à cette question pourrait être trouvée dans un appel et une réponse évolutifs entre les spermatozoïdes et les ovules capricieux.

Dans des recherches antérieures, Levitan a découvert que des protéines moins compatibles peuvent être favorisées lorsque les spermatozoïdes sont si abondants qu'il existe un risque que plusieurs spermatozoïdes fécondent un ovule, un processus fatal appelé polyspermie. Parce que les spermatozoïdes moins compatibles sont moins susceptibles d'inonder et de tuer un ovule, les œufs pourraient évoluer sur des surfaces de compatibilité inférieures pour éviter la polyspermie. À son tour, les spermatozoïdes peuvent alors évoluer pour correspondre à ces nouvelles surfaces d'ovules. Cela peut produire un mélange de types de compatibilité de spermatozoïdes et d'ovules qui prépare le terrain pour la compétition entre les spermatozoïdes et le choix des ovules.

Lorsque les spermatozoïdes de plusieurs mâles arrivent simultanément à un ovule, les œufs sont capables de choisir le sperme dont les protéines de reconnaissance sont les mieux adaptées pour une fécondation saine. Ce processus de sélection peut stimuler l'évolution de nouvelles protéines de reconnaissance, aboutissant finalement à un isolement reproductif et, dans certains cas, la création de nouvelles espèces tout à fait.

"La sélection sexuelle au sein d'une espèce peut entraîner une variation des protéines de reconnaissance, et cela peut conduire à un accouplement assortatif, où seuls certains types s'accouplent avec d'autres certains types, " dit Levitan. " Si vous avez un accouplement assorti et que vous avez une sélection perturbatrice, où les individus qui passent à un autre type ne réussissent pas très bien, qui peut éventuellement générer un isolement reproductif et une spéciation."

Ces processus sont critiques pour les espèces marines qui utilisent la fertilisation externe, le principal mode de reproduction dans l'océan. Mais Levitan pense que les scientifiques pourraient bientôt découvrir que la compétition entre les spermatozoïdes et le choix des œufs sont tout aussi importants pour les engrais internes comme les mammifères.

"Ce sont le genre d'interactions entre les spermatozoïdes et les ovules qui entraînent des divergences entre les populations, au sein des populations et entre les espèces, " a déclaré Levitan. " Ce que j'espère, c'est susciter de l'intérêt pour ces interactions afin que nous puissions mieux comprendre à quel point elles sont générales pour les espèces à fertilisation interne et externe. "