精子体积差异显著

　　尽管所有精子在本质上都发挥着使卵子受精的相同功能，但研究揭示了精子体积的多样性及其背后的原因。在某些物种中，体型娇小的雌性却能孕育出体积庞大的精子。

　　从微小的寄生蜂到体积庞大的果蝇，不同物种的精子体积差异显著。例如，集盘绒茧蜂的精子体积不到1厘米的千分之一，而果蝇的精子却长达6厘米，紧密蜷曲于体内。研究团队测量了多个物种的精子体积，并深入探讨了这种体积差异的原因。

　　瑞典斯德哥尔摩大学的进化生物学博士后研究者爱莉尔·卡尔表示：“许多研究已经表明，自然选择在塑造不同物种精子体积方面发挥着作用，但我们希望找到一种跨物种的普遍规律。”

　　爱莉尔·卡尔及其团队研究了3200个物种的数据，并发现了一种决定精子体积的规律：生殖道较小的雌性会促使雄性产生更大的精子。在进化的时间尺度上，传播精子的需求又会使精子体积缩小。

　　动物的有性生殖方式主要分为两种：体内受精和体外受精。体内受精的动物（如哺乳动物、昆虫和鸟类）在其体内携带养料的卵子进行交配，而体外受精的动物（如鱼类和海胆）则将其卵子释放到环境中，与环境中的精子接触。这两种方式都面临各自的挑战，对精子的体积产生了巨大的进化压力。

　　爱莉尔·卡尔解释：“我们发现体外受精的动物通常会产生非常小的精子，因为它们必须产生大量精子，以确保至少有一个精子能到达卵子。由于动物用于制造精子的能量有限，因此无法承受生产（明显超过必要程度的）更大精子的成本。”

　　与此相反，体内受精的情况则截然不同。“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，精子在一个狭小的空间内竞争，它们与卵子的结合更像是一场“山中之王”的游戏，而不是“寻宝”。在这种情况下，更大的精子可能更有优势，能够排挤其他精子，无论这些精子来自同一父亲还是不同的潜在父亲。

　　“在这些物种中，有些能产生巨大的精子，但如果精子体积过大，数量就会相应减少。”爱莉尔·卡尔说，“这些雄性会将其精子卷成一团，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）。这种受精方式类似于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：“远程受精也存在稀释效应，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体积相似，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，最终获胜的往往是体积最大的精子。”

　　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。人类精子的长度只有约0.005厘米，这与体外受精物种的精子体积相似。这是因为体型较大的动物具有生殖道，使得精子的传播方式类似于体外受精。

　　生殖道越小，精子的体积就越大。例如，果蝇的生殖道就十分局促。“果蝇的精子长度是它们体长的20倍。”爱莉尔·卡尔说。他们的研究结果已于6月21日发表在《自然-生态学与进化》杂志上。（任天）