Jesienny las powoli cichnie. Powietrze staje się coraz chłodniejsze, nocnych owadów ubywa, a nietoperze przygotowują się do hibernacji. Zanim jednak schronią się w jaskiniach, piwnicach czy starych fortyfikacjach, odbywają się jesienne gody. Samce przekazują samicom plemniki, choć młode pojawią się dopiero za wiele miesięcy. Między tymi wydarzeniami rozciąga się długa zima. Przez cały ten czas plemniki pozostają żywe w drogach rodnych samicy, zachowując zdolność do zapłodnienia. To jedno z najbardziej niezwykłych zjawisk rozrodu w świecie ssaków.
Dla większości ssaków taki scenariusz byłby niemożliwy. U człowieka czy wielu innych gatunków plemniki przeżywają w drogach rodnych samicy najwyżej kilka dni. Później obumierają lub są usuwane przez układ odpornościowy. Tymczasem u wielu nietoperzy żyjących w strefie umiarkowanej, między innymi u gacka brunatnego, nocka dużego, mroczka późnego czy podkowca małego, plemniki mogą zachować żywotność od jesieni aż do wiosny. Zjawisko to opisano u licznych gatunków należących do rodzin Vespertilionidae i Rhinolophidae (Racey, 1979; Crichton, 2000).
Przez wiele lat naukowcy zastanawiali się, jak to możliwe. Dziś wiadomo, że nie istnieje jeden mechanizm odpowiedzialny za tak niezwykłą zdolność. To rezultat współdziałania fizjologii samicy, właściwości samych plemników oraz zmian zachodzących w organizmie podczas hibernacji.
Po jesiennych godach plemniki nie przemieszczają się od razu do komórki jajowej. Gromadzą się przede wszystkim w końcowym odcinku macicy oraz w specjalnych fałdach nabłonka dróg rodnych. U części gatunków odnajdywano je również w dolnych odcinkach jajowodów. Już pod koniec lat siedemdziesiątych Patricia A. Racey wykazała, że właśnie tam mogą pozostawać przez wiele miesięcy, nie tracąc zdolności do zapłodnienia.
Nie jest to jednak bierne oczekiwanie. Komórki wyściełające drogi rodne samicy wydzielają substancje odżywcze oraz związki chroniące plemniki przed uszkodzeniami. Stabilizują ich błony komórkowe, ograniczają działanie wolnych rodników i spowalniają metabolizm. Badania histologiczne pokazują, że skład tych wydzielin zmienia się sezonowo pod wpływem hormonów, tworząc środowisko wyjątkowo sprzyjające długotrwałemu przechowywaniu plemników (Krutzsch, 2000).
Swoją rolę odgrywa również hibernacja. Temperatura ciała nietoperza spada często do zaledwie kilku stopni powyżej zera. Serce, które latem może bić kilkaset razy na minutę, zimą zwalnia do kilku lub kilkunastu uderzeń. Tempo przemiany materii obniża się nawet o ponad 95 procent. W takich warunkach niemal całkowicie zwalnia także metabolizm przechowywanych plemników. Zużywają one minimalne ilości energii i przez wiele miesięcy pozostają w stanie biologicznego uśpienia.
Nie mniej ważny jest układ odpornościowy samicy. W normalnych warunkach plemniki są dla organizmu komórkami obcymi i mogłyby zostać szybko usunięte. U nietoperzy dochodzi jednak do wytworzenia lokalnego środowiska tolerancji immunologicznej. Reakcja odpornościowa zostaje ograniczona na tyle, aby nie niszczyć przechowywanych plemników, a jednocześnie nadal chronić organizm przed drobnoustrojami. Mechanizm ten opisali między innymi William V. Holt i współpracownicy, badając zjawisko magazynowania plemników u różnych gatunków ssaków.
Badania sugerują również, że zimę przetrwają przede wszystkim plemniki najlepiej zbudowane i najbardziej odporne na uszkodzenia. Drogi rodne samicy stają się więc swoistym biologicznym filtrem jakości. Do zapłodnienia przystępują jedynie te komórki, które pomyślnie przeszły wielomiesięczną próbę.
Najbardziej niezwykły etap rozpoczyna się dopiero po opuszczeniu zimowiska. Przez całą zimę plemniki zachowują zdolność do zapłodnienia, ale organizm samicy nie uruchamia jeszcze owulacji. Dopiero gdy nietoperz rozpoczyna intensywne żerowanie i odbudowuje zapasy tłuszczu zużyte podczas hibernacji, zmienia się aktywność hormonalna. Dochodzi do dojrzewania komórki jajowej i owulacji. Wówczas przechowywane od jesieni plemniki mogą zapłodnić komórkę jajową.
Takie rozwiązanie pozwala nietoperzom idealnie zsynchronizować narodziny młodych z okresem największej dostępności pokarmu. Samce przekazują plemniki jesienią, natomiast rozwój zarodka rozpoczyna się dopiero wiosną. Dzięki temu młode rodzą się wtedy, gdy owadów jest najwięcej, a samice mają najlepsze warunki do ich wykarmienia.
Mechanizm wielomiesięcznego przechowywania żywych plemników fascynuje nie tylko chiropterologów. Jest przedmiotem badań biologów rozrodu, specjalistów zajmujących się kriobiologią oraz medycyną reprodukcyjną. Zrozumienie, w jaki sposób natura pozwala komórkom zachować żywotność przez wiele miesięcy bez zamrażania, może pomóc w doskonaleniu metod przechowywania gamet oraz wspierać ochronę zagrożonych gatunków zwierząt.
Nietoperze po raz kolejny pokazują, że ewolucja potrafi tworzyć rozwiązania niezwykle precyzyjne. Wielomiesięczne przechowywanie plemników nie jest pojedynczą biologiczną ciekawostką, lecz efektem współdziałania fizjologii, hormonów, hibernacji i układu odpornościowego. Dzięki temu jesienne gody stają się początkiem historii, której finał następuje dopiero wiele miesięcy później, gdy wiosenny las ponownie wypełnia się życiem.
Fot. Samica podkowca małego z młodym. Autor. M. Ignaczak
Źródła
- Patricia A. Racey (1979). The Prolonged Storage and Survival of Spermatozoa in Chiroptera. Journal of Reproduction and Fertility.
- Elizabeth G. Crichton (2000). Reproductive Biology of Bats. Academic Press.
- Paul H. Krutzsch (2000). Rozdziały dotyczące fizjologii rozrodu w Reproductive Biology of Bats.
- William V. Holt, Jane L. Lloyd i współautorzy. Publikacje dotyczące magazynowania plemników u ssaków.
- Bat Ecology, red. Thomas H. Kunz i M. Brock Fenton.
