La fecondazione non è sempre una corsa tra singole cellule: negli artropodi, gli spermatozoi possono cooperare formando gruppi coordinati. È quanto emerge da uno studio di biologi evoluzionisti della Syracuse University, dell’Università di Siena e dell’Università di Szeged, pubblicato su Nature Communications. Analizzando decenni di ricerche sulla forma degli spermatozoi in centinaia di specie, il gruppo ha ricostruito la diffusione della cosiddetta coniugazione spermatica tra ragni, crostacei, insetti, centopiedi e altri artropodi. Il fenomeno, descritto da oltre un secolo ma a lungo ritenuto raro, sarebbe comparso ripetutamente nel corso dell’evoluzione.
- Lo studio ha confrontato le caratteristiche degli spermatozoi di centinaia di specie di artropodi.
- La ricostruzione indica che l’antenato comune di tutti gli insetti possedeva spermatozoi coniugati.
- Il materiale associato agli spermatozoi, o SAM, può unirli e organizzarli in strutture collettive.
L’analisi ricostruisce una cooperazione comparsa più volte
Nella coniugazione spermatica, più spermatozoi si muovono o agiscono come un gruppo. Il paragone proposto dai ricercatori è quello di una squadra di canottieri: il coordinamento può incidere sulla capacità di attraversare l’apparato riproduttivo femminile e raggiungere l’ovulo.
In numerose specie entra in gioco il materiale associato agli spermatozoi, indicato con la sigla SAM. Si tratta di una sostanza delimitata da membrana che può legare le cellule tra loro oppure costruire strutture esterne capaci di organizzarle. Secondo i ricercatori, questo materiale potrebbe essersi inizialmente evoluto per proteggere o confezionare gli spermatozoi, contribuendo poi alla nascita della cooperazione.
La ricostruzione evolutiva suggerisce che la cooperazione tra spermatozoi non sia un’eccezione isolata, ma una soluzione acquisita, perduta e recuperata più volte in differenti gruppi di artropodi.
Per arrivare a questa conclusione, gli autori hanno collocato le caratteristiche osservate nelle diverse specie su un albero evolutivo. Questo tipo di analisi comparativa non osserva direttamente ciò che accadde nel passato: usa la distribuzione attuale dei caratteri per ricostruirne le probabili origini e trasformazioni. La cronologia ottenuta copre gli ultimi 600 milioni di anni e indica che l’antenato di tutti gli insetti aveva spermatozoi coniugati.
Il successo riproduttivo non dipende soltanto dai singoli spermatozoi
I risultati mettono in discussione la rappresentazione della fecondazione come semplice competizione nella quale vince la cellula più veloce. Per Steve Dorus, professore di biologia alla Syracuse University e coautore dello studio, in molte specie le cellule collaborano in modi che possono influire sul successo riproduttivo.
Questo significa che, nello studio della fertilità animale, non basta necessariamente misurare le prestazioni di uno spermatozoo isolato. Movimento collettivo, coordinamento e strutture condivise possono essere altrettanto rilevanti nel complesso ambiente dell’apparato riproduttivo femminile.
Il lavoro amplia quindi l’unità di osservazione: dalla singola cellula al comportamento del gruppo e alla sua interazione con l’organismo femminile.
Gli autori ritengono che questa prospettiva possa contribuire anche alla ricerca sulle difficoltà riproduttive umane. Lo studio, tuttavia, riguarda gli artropodi e non dimostra direttamente applicazioni cliniche: indica piuttosto nuovi meccanismi e domande da esaminare. La partecipazione dell’Università di Siena offre inoltre un legame diretto con la ricerca scientifica italiana.
Le prossime ricerche dovranno osservare i gruppi nell’organismo
Resta da chiarire perché la cooperazione evolva. Tra le ipotesi considerate ci sono un miglioramento del movimento oppure la capacità di trasportare molecole importanti verso punti specifici dell’apparato riproduttivo. Verificarle è complesso perché gli spermatozoi osservati su vetrino possono comportarsi diversamente rispetto a quelli presenti nel corpo femminile.
Un altro possibile sviluppo riguarda il controllo degli organismi dannosi. I ricercatori stanno studiando il ruolo del SAM nella spotted lanternfly, specie invasiva considerata una minaccia agricola a New York e in altri Stati orientali degli USA. In questo insetto gli spermatozoi non formano gruppi: ciascuno è invece completamente avvolto da uno spesso strato di SAM, e non è ancora chiaro come riesca a muoversi.
Se quel materiale risultasse indispensabile alla riproduzione, interferire con il suo funzionamento potrebbe offrire in futuro una strategia mirata. Per ora si tratta di una possibilità da verificare, non di un metodo di controllo già disponibile.
La cooperazione tra spermatozoi cambia la vostra idea della fecondazione come competizione? Condividete la vostra opinione.
