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La concurrence et la sélection naturelle pilotent l'irrégularité de taille de la cellule de sperme et d'oeufs

Chez la plupart des animaux vivants, les cellules d'oeufs sont énormément plus grandes que des spermatozoïdes. Chez l'homme, par exemple, un oeuf unique est 10 millions de fois le volume d'un spermatozoïde.

Dans une étude neuve, les chercheurs d'Université Northwestern ont constaté que la concurrence et la sélection naturelle ont piloté cette irrégularité curieuse de taille.

Utilisant la modélisation mathématique, les chercheurs ont considéré un moment très tôt dans l'évolution quand la substance primordiale s'est reproduite utilisant la fécondation externe. Dans le modèle, de plus grandes cellules reproductrices, ou des gamètes, ont présenté un avantage concurrentiel parce qu'elles pourraient retenir plus d'éléments nutritifs pour un zygote potentiel. De plus petites gamètes, cependant, ont exigé de moins moyens d'effectuer, qui ont mis moins de tension sur le parent.

Organismes requis pour produire les plus grandes gamètes avec les la plupart des provisions ou les plus petites gamètes d'employer les moins moyens. Nous croyons que cette différence de taille est presque inévitable, fondé sur des hypothèses plausibles au sujet de la façon dont la reproduction sexuelle fonctionne et de la façon dont la sélection naturelle fonctionne. »

Daniel Abrams, auteur supérieur d'étude, Université Northwestern

La recherche était la nuit dernière en ligne publiée (15 avril) dans le tourillon de la biologie théorique.

Abrams est un professeur des ingénieries et des mathématiques appliquées à l'école du nord-ouest de McCormick du bureau d'études. Joseph Johnson, un candidat de Ph.D. dans le laboratoire d'Abrams, est le papier écrivent d'abord. La zone blanche et l'Alain Kangabire, étudiants de premier cycle de Nathan dans le laboratoire d'Abrams, coauthored le papier.

Le modèle de l'équipe du nord-ouest commence par l'isogamy, une condition primordiale dans laquelle toutes les gamètes étaient rugueux la même taille et les sexes distincts n'ont pas encore existée. L'équipe alors développée et appliquée un modèle mathématique simple pour montrer comment l'isogamy transitioned à l'anisogamy, une condition où les gamètes l'un ou l'autre sont devenues très petites ou tout à fait grandes -- les précurseurs au sperme et aux oeufs se sont associés aux sexes biologiques aujourd'hui.

Dans le modèle, l'anisogamy a apparu de la concurrence de survivre dans un environnement avec les moyens limités. Les gamètes étaient pour survivre si elles avaient une arête dans la taille au-dessus de leurs voisins, menant à une « course aux armements » favorisant de plus grandes et plus grandes gamètes. Mais les organismes ne pourraient pas produire beaucoup de cellules de sexe sans avoir besoin de moyens de plus en plus eux-mêmes. Ils pourraient, cependant, économiser leurs moyens en produisant beaucoup de gamètes minuscules.

« Tôt dans l'évolution quand la reproduction sexuelle a apparu, gamètes étaient symétriques. Mais c'est où cette symétrie se brise, » Abrams a dit. « Nous finissons avec quelques organismes se spécialisant dans de grandes gamètes et d'autres se spécialisant dans de petites gamètes. »

Abrams a indiqué qu'un mystère restant est pourquoi quelques espèces d'isogamist existent toujours aujourd'hui. Quelques types des algues et de champignons, par exemple, se reproduisent asexuel ou avec les types de conjugaison symétriques.

« Il y a eu différentes théories au sujet de la façon dont l'anisogamy a apparu, allant complètement de nouveau à Charles Darwin, » Abrams a dit. Des « il est très difficile de vérifier éditions dans la biologie évolutionnaire parce que nous pouvons seulement étudier les substances qui ont lieu autour d'aujourd'hui. Nous ne pouvons pas voir ce qu'ont ressemblé elles aux milliards il y a d'années. Utilisant les modèles mathématiques peut fournir l'analyse neuve et la compréhension. »

Source:
Journal reference:

Johnson, J. D., et al. (2021) A dynamical model for the origin of anisogamy. Journal of Theoretical Biology. doi.org/10.1016/j.jtbi.2021.110669.