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A competição e a selecção natural conduzem a discrepância do tamanho da pilha do esperma e de ovo

Em a maioria de animais vivos, as pilhas de ovo são vastamente maiores do que pilhas de esperma. Nos seres humanos, por exemplo, um único ovo é 10 milhão vezes o volume de uma pilha de esperma.

Em um estudo novo, os pesquisadores da Universidade Northwestern encontraram que a competição e a selecção natural conduziram esta discrepância curiosa do tamanho.

Usando a modelagem matemática, os pesquisadores consideraram um momento muito cedo na evolução quando a espécie primordial reproduziu usando a fecundação externo. No modelo, umas pilhas reprodutivas mais grandes, ou os gâmeta, apresentaram uma margem competitiva porque poderiam guardarar mais nutrientes para um zygote potencial. Os gâmeta menores, contudo, exigiram menos recursos fazer, que puseram menos esforço sobre o pai.

Organismos necessários para produzir os gâmeta os mais grandes com a maioria de disposições ou os gâmeta os menores usar menos recursos. Nós acreditamos que esta diferença do tamanho é quase inevitável, com base em suposições plausíveis sobre como a reprodução sexual trabalha e como a selecção natural trabalha.”

Daniel Abrams, estuda o autor superior, Universidade Northwestern

A pesquisa foi publicada last night em linha (15 de abril) no jornal da biologia teórica.

Abrams é um professor de ciências de engenharia e de matemática aplicada na escola do noroeste de McCormick da engenharia. Joseph Johnson, um candidato do Ph.D. no laboratório de Abrams, é o primeiro autor do papel. O branco de Nathan e Alain Kangabire, alunos de licenciatura no laboratório de Abrams, coauthored o papel.

O modelo da equipe do noroeste começa com o isogamy, um estado primordial em que todos os gâmeta eram aproximadamente o mesmo tamanho e os sexos distintos não existiram ainda. A equipe então desenvolvida e aplicada um modelo matemático simples para mostrar como o isogamy transitioned ao anisogamy, um estado onde os gâmeta qualquer um se tornaram muito pequenos ou bastante grandes -- os precursores ao esperma e aos ovos associaram com os sexos biológicos hoje.

No modelo, o anisogamy emergiu da competição sobreviver em um ambiente com recursos limitados. Os gâmeta eram mais prováveis sobreviver se tiveram uma borda em tamanho sobre seus vizinhos, conduzindo de “a uma raça braços” que favorece gâmeta maiores e maiores. Mas os organismos não poderiam produzir muitas pilhas de sexo sem precisar cada vez mais os recursos eles mesmos. Podiam, contudo, salvar seus recursos produzindo muitos gâmeta minúsculos.

“Cedo na evolução quando a reprodução sexual emergiu, gâmeta eram simétrico. Mas isto é o lugar aonde essa simetria quebra,” Abrams disse. “Nós terminamos acima com alguns organismos que especializamo-nos em grandes gâmeta e outro que especializamo-nos em gâmeta pequenos.”

Abrams disse que um mistério restante é porque algumas espécies do isogamist ainda existem hoje. Alguns tipos de algas e de fungos, por exemplo, reproduzem assexuada ou com tipos de acoplamento simétricos.

“Houve umas teorias diferentes sobre como o anisogamy emergiu, indo toda a maneira de volta a Charles Darwin,” Abrams disse. As “edições na biologia evolutiva são muito duras de testar porque nós podemos somente estudar as espécies que estão ao redor hoje. Nós não podemos ver o que olharam como biliões de anos há. Usar modelos matemáticos pode render a introspecção nova e a compreensão.”

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.