精子的大小千差万别精子的大小千差万别

  新浪科技讯 北京时间6月29日消息,所有的精子都有着同样的基本功能:使卵子受精。在一项新研究中,研究人员发现了精子的大小很重要,而且很大程度上是由雌性决定的。在一些物种中,雌性的体型微小,但它们得到的精子反而很大。

  精子细胞的大小千差万别。例如,有一种寄生蜂——集盘绒茧蜂(学名:Cotesia congregata)——产生的精子只有不到1厘米的千分之一,而果蝇产生的精子具有长达6厘米的尾巴,紧紧地蜷曲在它们的体内。在这项新研究中,科学家对不同物种的精子大小进行了测量,并分析了导致这种差异的原因。

  瑞典斯德哥尔摩大学的进化生物学博士后研究者爱莉尔·卡尔说:“有许多研究都提供了证据,表明自然选择推动着不同物种产生了或大或小的精子,但我们想更进一步,寻找某种跨越物种的趋势。”

  爱莉尔·卡尔和她的同事们研究了3200个物种的数据,发现决定物种精子大小的一个原则是,生殖道较小的雌性会驱使雄性产生更大的精子,而在进化的时间尺度上,传播精子的需要又会使精子变得更小。

  具体而言,在大多数情况下,动物所使用的有性生殖方式有两种。一种是体内受精的,携带养料的卵子位于它们的体内,这类动物包括哺乳动物、昆虫和鸟类。相比之下,体外受精的动物会将它们的卵释放到环境中,与环境中的精子接触,听天由命。这些物种通常生活在水中,如鱼类和海胆等。在这两种模式下,数量庞大的精子都在为使卵子受精而激烈竞争,但两种模式也都有各自的挑战,对精子的大小施加了难以置信的进化压力。

  爱莉尔·卡尔说:“我们发现体外受精的动物往往会产生非常小的精子,因为它们必须产生大量精子,才能使卵子受精。”通常情况下,体外受精的动物会将一团精子射入水中,而随着精子的扩散,它们会被逐渐稀释。因此,最好的策略是产生尽可能多的精子,以最大限度地增加至少有一个精子到达卵子的机会。由于动物用来制造精子的能量是有限的,因此不能承受产生(明显超过必要程度的)更大精子所付出的代价。

  体内受精的情况就完全不同了。“我们认为,对于体内受精而言,雌性的生殖道会影响精子之间的竞争,”该研究的合著者、斯德哥尔摩大学的生物学助理教授约翰·菲茨帕特里克说。在体内受精过程中,精子是在一个狭小的空间内发挥作用,它们与卵子的结合更像是一场“山中之王”的游戏,而不是在“寻宝”。在这种情况下,更大的精子可能更有优势,可以挤掉其他精子,无论它们是来自同一个父亲还是不同的潜在父亲。

  “这些物种中,有些能产生巨大的精子,但如果产生的精子很大,其数量就不会太多,”爱莉尔·卡尔说,“这些雄性会将它们的精子卷成一团,然后送出去。”

  除了体内受精和体外受精,研究人员还分析了另一种更为罕见的生殖方式——远程受精(spermcasting)。这种受精方式就像是体内受精和体外受精的结合。例如,一只河蚌可能会将精子喷射到溪流中,而这些精子会顺着水流前行,直到被一只固着的、正在滤食的雌性吸入体内。

  菲茨帕特里克说:“远程受精会出现稀释效应,因为精子被喷射到水中,但当精子进入雌性体内时,它们会受到与体内受精物种相同类型的压力,并在这种压力下迅速进化。”然而,远程受精的物种具有更小的精子,与体外受精物种的精子大小相似,可能是因为将精子射入水中会刺激产生更多的精子,从而迫使其变小。不过,一旦这些精子被雌性吸收,最终获胜的往往是最大的精子。

  尽管人类属于体内受精的动物,但人类并不会产生巨大的精子。相反,人类精子的长度只有约0.005厘米,落在体外受精物种的精子大小范围内。之所以如此,是因为体型较大的动物具有生殖道,使精子传播的方式就如同体外受精一般。

  生殖道越小,精子就越大。而对于果蝇来说,它们的生殖道就显得十分局促。“果蝇的精子长度是它们体长的20倍,”爱莉尔·卡尔说道。他们的研究结果已经于6月21日发表在《自然-生态学与进化》(Nature Ecology & Evolution)杂志上。(任天)


新闻来源:新浪