为什么有些动物的精子特别大？

导读：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。

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。

资料图

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。