來(lái)源：科研圈

　　這并非源于雄性的自負(fù)，而是源自雌性的身體。

圖 | JaredZammit， CC BY-SA 2.0

　　在人體中，也許不存在比精子更有“野心”的細(xì)胞了，它有著足夠的耐心等待著成為完整的生物體，也是唯一一個(gè)執(zhí)行此類任務(wù)的細(xì)胞：離開自己的“家園”，然后努力活到能夠進(jìn)行繁殖的時(shí)刻。

　　為了達(dá)成這一目標(biāo)，精子已經(jīng)演化成了所有細(xì)胞中最與眾不同的那一個(gè)。我們中的大部分人都會(huì)把精子想象成一個(gè)長(zhǎng)著腦袋和長(zhǎng)長(zhǎng)尾巴的小個(gè)頭游泳健將，但其實(shí)，精子細(xì)胞的外觀會(huì)根據(jù)它們所屬的不同物種而存在差異。比如，甲殼綱動(dòng)物介形蟲（ostracods）的精子幾乎完全由頭部組成；而一些軟體動(dòng)物則會(huì)產(chǎn)生一種巨大的精子“助手”——精子束（spermatozeugma），它能夠讓小個(gè)頭的“游泳健將”們黏附于上，就如同那些擠在公交車上的通勤者們緊緊抓住的車扶手。

　　比精子在外觀上的差異更令人驚嘆的是它們?cè)诖笮∩系牟煌Ｗ罹叽硇缘睦邮且环N名為二裂果蠅（Drosophila bifurca）的北美果蠅，它身長(zhǎng)只有幾毫米，然而產(chǎn)生的精子長(zhǎng)度可超過(guò) 7 厘米，達(dá)到了身體長(zhǎng)度的 20 倍。

自然界中不同形態(tài)的精子。a。海膽的精子；b。豬蛔蟲的爬行態(tài)精子；c。已知的最長(zhǎng)精子——二裂果蠅的精子；d-f。來(lái)自不同植物的精子，分別擁有 2-1000 多根鞭毛；g，h。 兩種鳥類精子。| https：//link.springer.com/article/10.1007%2Fs10265-017-0936-2

　　即使考慮到身體比例，二裂果蠅的精子也是世界上最長(zhǎng)的，這甚至讓人類、黑猩猩、魚類、鯊魚乃至鯨魚的精子相形見(jiàn)絀，也遠(yuǎn)超那些能產(chǎn)生巨型精子的動(dòng)物。當(dāng)然，還有很多其它無(wú)脊椎動(dòng)物也能產(chǎn)生尺寸相當(dāng)大的精子，比如蚰蜒屬的蜈蚣以及大仰蝽屬的仰泳蝽。

　　這些巨型精子的起源一直是個(gè)謎。不過(guò) 2021 年 6 月一項(xiàng)發(fā)布在《自然-生態(tài)學(xué)與進(jìn)化》（Nature Ecology & Evolution）上的研究揭示了巨型精子的真正驅(qū)動(dòng)因素，以及導(dǎo)致其整體多樣性的原因：

　　雌性的受精模式。

　　走近“巨型精子”

　　Ariel Kahrl 是瑞典斯德哥爾摩大學(xué)（Stockholm University）的進(jìn)化生物學(xué)家，也是這篇論文的合著者之一。她解釋說(shuō)，她和她的同事很想了解一下精子演化的方式和原因。

　　他們的研究能夠回答很多問(wèn)題，諸如為什么二裂果蠅的精子大小會(huì)是它們身體的 20 倍。Kahrl 說(shuō)：“這就像是把一粒米和一輛火車放在一起作比較。此前，很多人試圖通過(guò)觀察特定的群體來(lái)理解巨型精子的來(lái)源，比如鳥類、魚類和昆蟲，但從沒(méi)有人嘗試著后退一步，在更為廣泛的自然體系中用演化的規(guī)律去解讀。”

　　研究人員假設(shè)，進(jìn)行體內(nèi)受精的生物所產(chǎn)生的精子會(huì)比體外受精生物的精子更大。體內(nèi)授精的雄性（internal fertilizers）和拋灑式授精的雄性（sperm casters）可將精子釋放到能夠被雌性所吸收的環(huán)境中，而那些體外受精的動(dòng)物則是將精子和卵子同時(shí)釋放到周圍環(huán)境中去。前兩者的精子演化速度可能比后者更快，而且它們的精子與雌性的“互動(dòng)”更為頻繁。

　　科學(xué)家們還推測(cè)，體內(nèi)授精和拋灑式授精的雄性，精子長(zhǎng)度多樣性更豐富。因?yàn)樗鼈兊木右呀?jīng)適應(yīng)了時(shí)刻和雌性生殖道保持一致的發(fā)展步伐。

　　總而言之，研究人員共分析了 21 個(gè)門的 3000 多個(gè)物種，從海綿動(dòng)物到節(jié)肢動(dòng)物再到脊索動(dòng)物（比如人類）。他們將這些研究對(duì)象區(qū)分為脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物，并通過(guò)不同的受精方法進(jìn)行劃分，包括體外受精、體內(nèi)受精和拋灑式。隨后，他們構(gòu)建了一顆包括每個(gè)物種的生命樹，并繪制了它們之間的聯(lián)系圖，以補(bǔ)償種間關(guān)系，避免結(jié)果的偏差。

　　Kahrl 表示：“我們發(fā)現(xiàn)我們之前的假設(shè)是正確的。”結(jié)果顯示，體內(nèi)受精會(huì)產(chǎn)生比其他受精方式長(zhǎng) 6 倍左右的精子；此外，體內(nèi)受精和拋灑式受精的動(dòng)物，其精子演化得更快，往往表現(xiàn)出更多樣的尺寸變化。

　　Kahrl 補(bǔ)充道，在體內(nèi)受精動(dòng)物中，幾乎所有的巨型精子都是由無(wú)脊椎動(dòng)物產(chǎn)生的。它們的身體足夠小，以至于精子可以長(zhǎng)到足以相互取代。想象一下，這就好比一群賽跑者在一個(gè)場(chǎng)地上比賽，第一個(gè)跑到終點(diǎn)的人將為整個(gè)團(tuán)隊(duì)贏得勝利。當(dāng)處于一個(gè)狹小而擁擠的場(chǎng)地上時(shí)，讓自身有足夠的空間成長(zhǎng)才是關(guān)鍵；而處在一個(gè)廣闊的領(lǐng)域中時(shí)，團(tuán)隊(duì)成員越多，越能確保勝利。

　　居于首位的“第二性”

　　根據(jù)這項(xiàng)研究，演化速度最快的精子往往與雌性生殖系統(tǒng)接觸最多。Kahrl 表示，雌性生殖系統(tǒng)的大小與其相互作用的精子的大小密切相關(guān)，綜合而言，這些因素能夠表明雌性推動(dòng)了精子的演化。

　　美國(guó)雪城大學(xué)（Syracuse University）的一位精子科學(xué)家 Scott Pitnick 解釋道：“這真是一個(gè)奇跡。這個(gè)研究小組所做的一切其實(shí)都非常艱巨。” 他認(rèn)為，或許 Kahrl 所想要解決的問(wèn)題非常簡(jiǎn)單，但這些問(wèn)題也可能是最難回答的。

　　梳理大量科學(xué)文獻(xiàn)、獲得足夠的計(jì)算機(jī)算力開展比較生物學(xué)研究直到最近才在技術(shù)上得以實(shí)現(xiàn)。此外，該團(tuán)隊(duì)還公開了由此產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)庫(kù)，讓其他研究人員也能夠利用他們的工作成果。

　　Pitnick 表示，這篇論文還強(qiáng)調(diào)了整個(gè)領(lǐng)域中最重要、但卻被問(wèn)及最少的問(wèn)題：精子是如何與雌性相互影響的？他說(shuō)道：“然而，現(xiàn)實(shí)情況是，在生物學(xué)中存在著巨大的男性偏見(jiàn)，因?yàn)槲覀儗?duì)雌性生殖道在此過(guò)程中發(fā)揮的作用一無(wú)所知。”

　　畢竟精子細(xì)胞的使命是在雌性生殖道中有效地找到正確的方向，使卵子受精。僅在顯微鏡下研究精子而忽視雌性的解剖結(jié)構(gòu)，就如同 Pitnick 所描述的“只靠動(dòng)物園做比較生物學(xué)研究”一樣。Pitnick 指出，由于科學(xué)家忽視了雌性在此過(guò)程中所起的作用，傳統(tǒng)的精子質(zhì)量與數(shù)量的研究范式總是傾向于通過(guò)顯微鏡進(jìn)行觀察研究而已。

　　更重要的是，精子細(xì)胞通常在進(jìn)入雌性體內(nèi)之后才會(huì)完成發(fā)育，這一過(guò)程被稱為“精子射精后修飾”（Post-Ejaculatory Modifications to Sperm，PEMS）。Pitnick 補(bǔ)充道，許多精子的核心蛋白質(zhì)，比如代謝性蛋白，都來(lái)自雌性。通過(guò)觀察整個(gè)動(dòng)物界的精子變化，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了許多奇怪的現(xiàn)象，比如精子長(zhǎng)度增加了十倍，或者進(jìn)入雌性體內(nèi)會(huì)發(fā)生內(nèi)外翻轉(zhuǎn)。

　　Pitnick 對(duì)此總結(jié)道：“我們?nèi)蕴幱诖菩陨飳W(xué)研究的黑暗時(shí)代，這篇論文對(duì)此提出了一個(gè)很好的觀點(diǎn)。如果我們想要了解精子的多樣性，就必須摒棄過(guò)去的偏見(jiàn)，將注意力轉(zhuǎn)向雌性生物學(xué)。”