Cosa ci viene in mente parlando di fecondazione? Sicuramente la maggior parte di noi si sta immaginando frotte di spermatozoi impegnati in una folle gara di velocità, tutti contro tutti alla conquista dell’immensa e irraggiungibile cellula uovo. Ebbene, una recente ricerca pubblicata su Nature ci costringerà a rinunciare, almeno in parte, a questa visione.

Se noi umani possiamo vantarci di essere stati, un tempo, lo spermatozoo più scattante, i topi nordamericani del genere Peromyscus non possono affermare lo stesso. Sembra infatti che, in alcune specie di roditori, i gameti maschili siano in grado di associarsi tra loro grazie alla particolare morfologia ad uncino della testa, formando degli aggregati che possono raggiungere velocità di nuoto molto più elevate rispetto alle singole cellule. Solo uno tra gli spermatozoi del gruppo feconderà l’oocita, ma, per la buona riuscita dell’impresa, è determinante la “cooperazione” delle altre cellule. Per questo motivo il fenomeno è chiamato sperm cooperation.

La sperm cooperation è  stata analizzata in vitro, marcando con dei coloranti fluorescenti i gameti di maschi diversi e mescolandoli in provetta per osservare l’aggregazione. Utilizzando insieme sperma di Periomyscus polionotus e Periomyscus maniculatus (le due specie sono strettamente imparentate e interfertili) si osserva un’aggregazione preferenziale tra spermatozoi della stessa specie. Più interessante è quello che succede mischiando lo sperma di due maschi diversi ma conspecifici. Mentre gli spermatozoi P. polionotus in questo caso si associano in modo indistinto, quelli di P. maniculatus formano gruppi di cellule provenienti dallo stesso padre, anche se i padri hanno uno stretto rapporto di parentela e sono geneticamente molto simili (provengono dalla medesima cucciolata).

Le cause di questa differenza vanno ricercate nelle diverse abitudini riproduttive delle due specie. In Peromyscus polionotus, la sperm cooperation aumenta il successo riproduttivo del maschio migliorando la velocità dei gameti e la loro capacità di superare eventuali ostacoli presenti nelle vie genitali femminili. Tuttavia, trattandosi di una specie monogama, gli spermatozoi di diversi topi non si fanno mai “concorrenza”. In Peromyscus maniculatus, invece, una singola femmina può accoppiarsi con più di un maschio nel giro di pochi minuti e nella stessa cucciolata è possibile trovare piccoli nati da padri diversi. In questo caso, nelle vie genitali della madre ha luogo una vera e propria competizione “a squadre” tra gli spermatozoi dei diversi potenziali padri. Il topo con i gameti più veloci si assicura la discendenza più vasta fecondando un maggior numero di cellule uovo. A questo fenomeno, noto come sperm competition e studiato in diverse specie animali (per esempio nel coleottero Tribolium castaneum) si aggiunge quindi la sperm cooperation: gli spermatozoi provenienti dallo stesso maschio mostrano la sorprendente capacità di associarsi tra loro, formando dei gruppi costituiti solo da membri della medesima “squadra”.

Questa capacità, assente in P. polionotus, si sarebbe evoluta come conseguenza della promiscuità dei topolini. Se infatti gli spermatozoi di un maschio di P. maniculatus  “cooperassero” in maniera indistinta con quelli dei maschi concorrenti, potrebbero diminuire il successo riproduttivo del proprietario avvantaggiando i rivali.

Questa spiegazione è  convincente dal punto di vista del topo: è sufficiente che uno qualsiasi dei suoi gameti raggiunga la cellula uovo per permettergli di trasmettere geni alla prole. Ma mettiamoci nei panni dello spermatozoo. Che vantaggio ha nel collaborare con altri suoi simili, se poi non sarà lui a fecondare la cellula uovo? Perché, in fin dei conti, dovrebbe cooperare quando probabilmente non potrà godere dei frutti dell’impresa trasmettendo i propri geni ai nuovi nati?

La spiegazione sta nel grado di parentela delle cellule, e in quella che da tempo è nota come kin selection (selezione dei parenti). Due spermatozoi dello stesso individuo hanno in media il 50% del genoma in comune: di fatto ognuno di loro, dando una mano agli altri, aumenta le possibilità che i suoi stessi geni siano trasmessi. Ovviamente a questo punto è essenziale che non sbaglino “squadra” aiutando i gameti di un altro padre, con cui non condividono alcuna parentela.

Per questo motivo, sembra che la sperm competition possa portare all’evoluzione della sperm cooperation, soprattutto tra cellule strettamente imparentate.

La nostra immagine di partenza si è dunque piuttosto complicata… spermatozoi che fanno gioco di squadra, si associano in zattere super veloci e che tra cooperation, competition e kin selection mostrano di conoscere anche un po’ di inglese!

Erica Prosdocimi

Riferimenti:
Heidi S. Fisher, Hopi E. Hoekstra, Competition drives cooperation among closely related sperm of deer mice, Nature 463: 801-803; doi:10.1038/nature08736

L’immagine è di Erica Prosdocimi