Intra-male reduction in sperm size persists during growth in cuttlefish despite the absence of insemination-site dimorphism
这项研究表明,在乌贼中,尽管不存在精子注入部位的二态性,但在生长过程中出现的雄性个体内部精子鞭毛长度缩减现象,暗示了较小的“潜行者”雄性所面临的竞争压力,驱动了高成本精子性状的进化,且这种进化独立于不同的精子储存部位。
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在鱿鱼和乌贼构成的海底世界中,繁殖之战往往是规模大小的问题。大型雄性通常占据主导地位,利用其力量守护雌性并确保交配权。无法在这些直接对抗中获胜的小型雄性则进化出了一种不同的策略:它们充当“潜行者”。这些较小的雄性通常会伪装成雌性的样子,从而溜过守卫进行秘密交配。多年来,研究这些生物的科学家注意到了一种与这种体型差异相关的迷人模式。在许多鱿鱼物种中,这些小型潜行雄性产生的精子在物理特征上与大型优势雄性的精子有所不同。具体而言,潜行雄性产生的精子拥有更长的尾部,这有助于它们游得更快或在雌性体内存活得更久。这种差异被认为是由精子沉积的位置直接导致的。大型雄性通常将精子注入雌性体内深处,而潜行者则将其沉积在体外,这创造了两种截然不同的环境,进而要求不同的精子设计。
长期以来,研究人员一直认为这两个不同的沉积位置是精子进化出两种不同形状的主要原因。其逻辑很简单:如果精子在释放后面临不同的挑战,它们就必须适应这些特定的挑战。然而,一项针对近亲乌贼(cuttlefish)的新研究挑战了这一长期以来的观点。在乌贼中,大型优势雄性和小型潜行雄性将精子沉积在雌性身上的完全相同的位置。精子转移的位置没有区别。这创造了一个独特的自然实验:如果精子进入的是同一个地方,雄性是否仍会产生不同的精子?来自岛根大学的一个研究小组通过检查两种乌贼——Sepia esculenta 和 Sepia lycidas,试图回答这个问题,以观察精子大小如何随着雄性从小型潜行者成长为大型伴侣而变化。
科学家们从日本海域采集了乌贼,并仔细测量了动物,记录了它们的体型和生殖器官的重量。随后,他们从雄性身体的两个不同部分提取了精子:一个是靠近睾丸、精子刚刚开始发育的部分;另一个是位于生殖道更下游、精子在释放前储存的部分。通过在显微镜下测量精子尾部的长度,他们发现了一个令人惊讶的模式。在这两种乌贼中,用于释放的储存精子的尾部都比睾丸附近的精子尾部更长。这意味着,当精子在雄性体内移动时,它们的尾部实际上会变短。这种变化与雄性的体型无关。更有趣的是,研究人员发现,这种尾部长度的差异在较小的雄性身上最为显著。随着雄性长大,新鲜精子的长尾与储存精子的短尾之间的差距变得越来越小。
这些发现表明,乌贼精子大小的进化并不依赖于拥有两个不同的授精部位。尽管小型雄性和大型雄性将精子置于同一位置,但小型雄性相对于其体型而言,仍会产生具有更长尾部的精子。研究表明,产生这些更长尾部的压力来自于繁殖策略本身,而非目的地。小型雄性必须与通常数量更多的、来自大型雄性的精子竞争,因此它们可能需要这些更长的尾部来游得更快或进行更有效的竞争。这项研究表明,“潜行”策略创造了一套独特的挑战,驱动了特定精子特征的产生,即使在每个人的体内环境完全相同的情况下也是如此。这一发现迫使科学家重新思考精子进化的规则,表明精子的交配之战可以以并非仅仅由精子沉积位置所决定的方式来塑造生物学。
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