異なる粘度の実験媒体を用いたプロミスキーな鳥の精子速度

Sperm velocity in a promiscuous bird across experimental media of different viscosities.

• Tim Schmoll
• Geir Rudolfsen
• Holger Schielzeth
• Oddmund Kleven

抄録

これは、精子の行動と最終的には受精を制御するために卵巣液などを選択した結果であると考えられる。しかし、遊泳媒体の粘度が精子のパフォーマンスに及ぼす影響を調べた研究はほとんどありませんでした。我々は、遊泳媒体の粘度が精子の速度に及ぼす影響を定量化した。粘度の異なる3つの実験媒体における精子の行動の表現型可塑性をモデル化するために、反応規範と特性状態の両方のアプローチを用いた。標準的な培地（Dulbecco's Modified Eagle Medium, DMEM）と比較して、1%または2% w/vのメチルセルロースを濃縮した培地では、精子の速度が最大で約50%低下した。異なる男性の実験的射精液から得られた精子は、異なる粘度に対しても同様の反応を示した。また、個々の速度と粘度の反応規範の高さと傾きの間に共分散がないことから、高粘度環境に直面した場合、高速度と低速度の射精液から得られた精子は同程度の速度低下を示すことがわかった。特性状態法による精子速度の環境間の正の共分散（セルロース1％対2％）から、精子の性能は、異なる環境背景に対して表現された場合、個々の射精液の順位が維持された状態で推移的な形質を表していることが示唆された。しかし、重要なことは、セルロース濃度が0％の場合の精子速度に有意な共分散が見られなかったことから、純粋なDMEMは質的に異なる環境であることが示唆され、精子の性能を測定するために広く使用されているこの標準培地の有効性に疑問を呈した。精子の性能を評価する前に、生態学的に関連する勾配に沿って精子環境を豊かにすることは、精子の行動に関する研究の説明力を強化することになるだろう。

In species with internal fertilization, the female genital tract appears challenging to sperm, possibly resulting from selection on for example ovarian fluid to control sperm behaviour and, ultimately, fertilization. Few studies, however, have examined the effects of swimming media viscosities on sperm performance. We quantified effects of media viscosities on sperm velocity in promiscuous willow warblers . We used both a reaction norm and a character-state approach to model phenotypic plasticity of sperm behaviour across three experimental media of different viscosities. Compared with a standard medium (Dulbecco's Modified Eagle Medium, DMEM), media enriched with 1% or 2% w/v methyl cellulose decreased sperm velocity by up to about 50%. Spermatozoa from experimental ejaculates of different males responded similarly to different viscosities, and a lack of covariance between elevations and slopes of individual velocity-by-viscosity reaction norms indicated that spermatozoa from high- and low-velocity ejaculates were slowed down by a similar degree when confronted with high-viscosity environments. Positive cross-environment (1% versus 2% cellulose) covariances of sperm velocity under the character-state approach suggested that sperm performance represents a transitive trait, with rank order of individual ejaculates maintained when expressed against different environmental backgrounds. Importantly, however, a lack of significant covariances in sperm velocity involving a cellulose concentration of 0% indicated that pure DMEM represented a qualitatively different environment, questioning the validity of this widely used standard medium for assaying sperm performance. Enriching sperm environments along ecologically relevant gradients prior to assessing sperm performance will strengthen explanatory power of studies of sperm behaviour.