Interakce spermií a jiker u sladkovodních ryb: vliv prostředí na fertilizační proces

Abstract

K oplození u sladkovodních ryb dochází v prostředí, které může negativně ovlivnit gamety. Z tohoto důvodu by se samčí gamet ryb měly co nejdříve dostat ke svému protějšku, samičí gametě, protože sperma se během osmotického šoku poškodí během několika minut nebo méně. Za těchto podmínek by bylo velmi výhodné, kdyby existoval specifický mechanismus, který by spouštěl, podporoval a řídil vzájemné setkání obou gamet. Jikry mnoha druhů sladkovodních ryb s vnějším oplozením jsou uvolňovány do vnějšího prostředí obklopené pláštěm ovariální tekutiny (OT) se složením ideálním pro podporu a ochranu jiker a spermatu před škodlivým účinkem sladké vody. Stávající data podporují myšlenku, že vlastnosti OT a/nebo specifických sloučenin obsažených v ní nebo uvolněných jikrami by mohly významně ovlivnit chování samčích gamet a následně ovlivnit výsledek oplodnění z hlediska počtu oplodněných oocytů. Mechanismy, které by usnadňovaly a spouštěly setkání gamet, jsou také velmi žádoucí, pokud jde o přirozený výběr. Zjistili jsme, že přítomnost OT významně ovlivnila chování spermií pstruha duhového, zejména znaky pohyblivosti spermií: vyšší rychlost byla udržována po delší dobu a trajektorie spermatu byly lineární, ve srovnání s těmi pozorovanými ve vodě. V testu akumulace spermií s mikro kapilárami (test chemotaktické reakce) ovariální tekutina pstruha duhového vykazovala "přitažlivý" účinek na aktivované samčí gamety, který závisel na osmotických vlastnostech aktivačního média. Různé frakce o různé molekulové hmotnosti OT ovlivňovaly "přitažlivé" chování buněk různým způsobem. Nejvýznamnější účinek zachytávání byl odhalen u nízkomolekulární frakce a bylo zjištěno, že možné chemotaktické činidlo je termostabilní. Zachycené buňky vykazovaly specifické chování tzv. turn-and-run, jenž je doprovázené asymetrickým pohybem bičíku a výbušným zvýšením koncentrace iontů vápníku v ohýbané části bičíku. In vitro fertilizační test odhalil zvýšení výkonu spermií, zejména ve vzorcích od příbuzných jedinců, což vedlo ke zvýšení míry vývoje embryí. Přítomnost ovariální tekutiny o zředěné koncentraci (30% roztok ve vodě) měla inhibiční účinek na iniciaci motility u jesetera malého. Nižší koncentrace ovariální tekutiny zvýšila životnost spermií a neovlivnila jejich trajektorie. Test chemotaktické odpovědi neprokázal žádný účinek ovariální tekutiny na chování spermií, zatímco současně byl patrný přitažlivý účinek roztoku inkubovaného jikrami (např. kvůli některým látkám uvolňovaných z jiker během jejich kontaktu se sladkou vodou). Výsledky in vitro fertilizačního testu ukázaly, že přítomnost ovariální tekutiny brání jikrám ve ztrátě fertilizační schopnosti v důsledku kontaktu s vodou, a také podporuje spermie, aby mohly oplodnit jikry během delší doby. Přítomnost ovariální tekutiny u kapra obecného v aktivačním médiu způsobila snížení rychlosti spermií ve srovnání s médiem prostým OT a významně změnila vzorec pohybu z přímé motility pozorované ve vodě na krouživý pohyb v médiu s vysokým obsahem OT (50%). Vpichování OT (v testu akumulace spermií) znamenalo okamžitou a výraznou chemotaktickou reakci spermií. Okolní podmínky, které doprovázejí setkání gamet, zejména přítomnost OT, obsah iontů vápníku a osmolarita, významně ovlivňují výkonnost samčích gamet u pstruha duhového, jesetera malého a kapra obecného, pokud jde o změny rychlosti, linearitu trajektorie a schopnosti reagovat na externí signály, např. atraktanty. Díky této provedené studii můžeme usuzovat, že způsob, jakým ovariální tekutina ovlivňuje chování spermií u těchto druhů, může být spojen s jejich reprodukční (výtěrovou) strategií.