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La concorrenza e la selezione naturale determinano la discrepanza di dimensione della cella dell'uovo e dello sperma

Nella maggior parte dei animali vivi, le celle dell'uovo sono notevolmente più grandi degli spermi. In esseri umani, per esempio, un singolo uovo è 10 milione volte il volume di spermio.

In un nuovo studio, i ricercatori di Northwestern University hanno trovato che la concorrenza e la selezione naturale hanno determinato questa discrepanza curiosa di dimensione.

Facendo uso della modellistica matematica, i ricercatori hanno considerato un momento molto presto nell'evoluzione quando le specie primordiali si sono riprodotte usando la fertilizzazione esterna. Nel modello, le più grandi celle riproduttive, o i gameti, hanno presentato una competitività perché potrebbero tenere più sostanze nutrienti per uno zygote potenziale. I più piccoli gameti, tuttavia, hanno richiesto meno risorse di fare, che hanno messo meno sforzo sul genitore.

Organismi stati necessari per produrre i più grandi gameti con la maggior parte delle disposizioni o i più piccoli gameti usare le meno risorse. Crediamo che questa differenza di dimensione sia quasi inevitabile, in base ai presupposti plausibili circa come la riproduzione sessuale funziona e come la selezione naturale funziona.„

Daniel Abrams, studia l'autore senior, Northwestern University

La ricerca è stata pubblicata la notte scorsa online (15 aprile) nel giornale di biologia teorica.

Abrams è un professore dell'ingegneria e della matematica applicata al banco nordoccidentale di McCormick di assistenza tecnica. Joseph Johnson, un candidato di Ph.D. nel laboratorio di Abrams, è il primo autore del documento. Il bianco di Nathan ed Alain Kangabire, gli studenti universitari nel laboratorio di Abrams, coauthored il documento.

Il modello del gruppo nordoccidentale comincia con isogamy, uno stato primordiale in cui tutti i gameti erano approssimativamente la stessa dimensione ed i sessi distinti ancora non sono esistito. Il gruppo allora sviluppato ed applicato un modello matematico semplice per mostrare come il isogamy transitioned a anisogamy, uno stato dove i gameti l'uno o l'altro sono diventato molto piccoli o abbastanza grandi -- i precursori a sperma ed alle uova si sono associati oggi con i sessi biologici.

Nel modello, il anisogamy è emerso da concorrenza sopravvivere a in un ambiente con le risorse limitate. I gameti erano più probabili sopravvivere a se avessero un vantaggio nella dimensione sopra i loro vicini, piombo “ad una corsa agli'armamenti„ che favorisce i più grandi e più grandi gameti. Ma gli organismi non potrebbero produrre molte celle di sesso senza avere bisogno sempre più delle risorse stesse. Hanno potuto, tuttavia, salvare le loro risorse producendo molti gameti minuscoli.

“Presto nell'evoluzione quando la riproduzione sessuale è emerso, gameti erano simmetrico. Ma questo è dove quella simmetria si rompe,„ Abrams ha detto. “Finiamo con alcuni organismi che ci specializziamo nei grandi gameti ed altri che ci specializziamo nei piccoli gameti.„

Abrams ha detto che un mistero restante è perché alcune specie di isogamist ancora esistono oggi. Alcuni tipi di alghe e di funghi, per esempio, si riproducono asessuale o con i tipi accoppiamento simmetrici.

“Ci sono stati teorie differenti circa come il anisogamy è emerso, facendo tutta la strada di nuovo a Charles Darwin,„ Abrams ha detto. “Le emissioni nella biologia evolutiva sono molto dure da provare perché possiamo studiare soltanto le specie che sono oggi intorno. Non possiamo vedere che cosa hanno assomigliato a miliardi di anni fa. Facendo uso dei modelli matematici può rendere la nuova comprensione e la comprensione.„

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.