Các nhà khoa học tại Đại học Syracuse, Đại học Siena (Ý) và Đại học Szeged (Hungary) đã nghiên cứu xuyên suốt lịch sử tiến hóa, trong đó tinh trùng của động vật chân đốt kết hợp thành các nhóm hoặc cấu trúc có tổ chức, giúp chúng tiếp cận và thụ tinh cho trứng. Được gọi là sự kết hợp tinh trùng, hành vi phối hợp này đang thay đổi cách các nhà khoa học nhìn nhận cả về sinh sản và tiến hóa.

"Quá trình thụ tinh thường được xem là cuộc cạnh tranh giữa các tinh trùng riêng lẻ, nhưng ở nhiều loài, các tế bào phối hợp với nhau theo những cách có thể ảnh hưởng đến sự thành công trong sinh sản", Steve Dorus, giáo sư sinh học tại Trường Nghệ thuật và Khoa học (A&S) thuộc Đại học Syracuse và đồng tác giả của nghiên cứu cho biết.

Ở nhiều loài, sự hợp tác này liên quan đến chất liên kết với tinh trùng (SAM). Chất được bao bọc bởi màng này có thể gắn kết các tinh trùng với nhau hoặc tạo ra các cấu trúc xung quanh chúng để sắp xếp các tế bào thành từng nhóm.

Các nhà nghiên cứu cho rằng, SAM có thể đã giúp quá trình kết hợp tinh trùng xuất hiện, có thể bắt đầu như một cơ chế đóng gói hoặc bảo vệ tinh trùng.

Một tế bào tinh trùng đơn lẻ phải di chuyển qua hệ thống sinh sản phức tạp và khó khăn của con cái. Bằng cách di chuyển hoặc hoạt động theo nhóm, tinh trùng có thể đạt được lợi thế về khả năng di chuyển, tổ chức hoặc hiệu suất tổng thể. Trong những trường hợp này, quá trình thụ tinh trở thành một nỗ lực phối hợp chứ không phải là cuộc cạnh tranh giữa các tế bào riêng lẻ.

Phân tích cũng kết luận rằng tổ tiên chung của tất cả các loài côn trùng đều từng sở hữu khả năng này.

Để truy tìm lịch sử này, nhóm nghiên cứu đã tiến hành so sánh rộng rãi cấu trúc tinh trùng giữa các loài động vật chân đốt bằng cách sử dụng kết quả nghiên cứu đã được công bố trước đó.

Họ đã kiểm tra các đặc điểm của tinh trùng từ hàng trăm loài và đặt những đặc điểm đó lên cây phả hệ tiến hóa.

Biểu đồ thời gian này theo dõi quá trình thụ tinh của tinh trùng và vật chất liên quan đến tinh trùng (SAM) trên các dòng dõi động vật chính trong 600 triệu năm qua. Nó cho thấy một mô hình lặp đi lặp lại, trong đó các đổi mới tiến hóa xuất hiện, biến mất và sau đó lại xuất hiện trở lại.

Theo các nhà nghiên cứu, mô hình lặp đi lặp lại này minh họa cho bản chất thực nghiệm của quá trình tiến hóa. Tinh trùng là loại tế bào tiến hóa nhanh nhất, chúng được định hình bởi thách thức độc đáo khi hoạt động bên ngoài cơ thể trong môi trường phức tạp của đường sinh sản nữ.

Việc tìm hiểu cách tinh trùng hợp tác hoặc phụ thuộc vào các cấu trúc sinh học chung cuối cùng có thể dẫn các nhà khoa học đến những cách thức mới để nghiên cứu các khó khăn trong sinh sản của con người.

Nghiên cứu này cũng có thể hỗ trợ các phương pháp mới để kiểm soát các loài gây hại. Các nhà khoa học đang nghiên cứu xem liệu quá trình kết hợp tinh trùng hoặc SAM có thể bị gián đoạn để can thiệp vào quá trình sinh sản ở các loài bọ cánh cứng (một lớp thuộc ngành chân khớp) gây hại hay không.