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第五章.2

作者:美-沙曼·阿普特·萝赛/译者:钟友 当前章节:5329 字 更新时间:2026-6-23 08:56

第一次探险结束几个月以后,在高倍显微镜下解剖雌性时,劳斯注意到这些精子有些古怪:它们都处于不同的发育阶段。当雄性射精时,精子都是成熟的,已经准备好去“摇摆”了。让没有发育成熟的精子待在雌性体内没有任何意义。这时,他才恍然大悟。

那些点不是雄性的精子而是雄性本身。

我和劳斯聊到这个时,他停了一下,然后补充道:“退一万步来说,这也是令人震惊的。”把雄性误当作精子可不常见。还有,一个没有内脏的雌性用尽一生的时间通过她卵巢附近萌发出来的根来消化鲸的骨头,同时收集仅有她十万分之一大的雄性作为后宫的物种也不常见。食骨蠕虫显著的雌雄异形(雌性和雄性存在巨大差别)可能是动物王国里已知最大的。

在当前的理论里,一头鲸死亡并最终沉到海底后,第一批到达的食骨蠕虫幼体发育成雌性,把根渗入到骨头中,快速生长,然后产出大量卵脂丰富的卵子。后来的蠕虫落到雌性覆盖的骨头上,再转化成雄性,他们滑进雌性的管子中,固定在旁边,然后开始迅速产生精子。早到的雌性通过某种化学信息素可以支配晚到的幼体命运,这种由环境控制的性别决定机制存在于其他深海蠕虫中,并且也在食骨蠕虫身上起作用。

变成雄性的触发因子阻止了所有成体特征的发育,除了精巢——这对坏小子完全长成后,可以通过一根长长的性腺管泵出精子。这根性腺管从尾部一直延伸,从头上突出的一个小孔出来。雄性食骨蠕虫基本上是长着巨大精巢的幼体,能够把精液从头上射出来。这也就是说食骨蠕虫像和螠虫(spoonworm)一样,成了更加独特的矮小的雄性稚态(雄性看起来像幼体,但是有成熟繁殖器官)俱乐部的一分子。

考虑到雄性住在雌性的管子里,这种安排运作得很好。他们以幼体中的卵黄囊为食度过他们的一生,然后排出精子。精子会朝下方游去直到产卵的地方。雄性用光了卵黄后就死了。因此,一个雌性在她一生中,必须持续收集更多的雄性。随着她长大变老,她积累的后宫佳丽高达数百个,直到最后食物(鲸骨头)消耗殆尽。

作为分解的行家,所有食骨蠕虫似乎都专攻骨头,它们全依靠这种短暂的及不可预测的食物来源——正是如此,导致了雌性和雄性的这种关系。缺乏食物时,矮小雄性的生活方式可能是有利的。大型的雌性需要产出更多的卵,但是她们也垄断了资源。雄性通过缩小成为微小的精子工厂而住进雌性体内,但仍旧可以排出大量精子,没必要为食物去竞争。

新的研究每隔几个月就会有发现,阐明了这些复杂而且奇怪的食腐动物的另外一面——还有其他一些甚至更奇怪的动物。在另外一种蠕虫当中,好转虫属的圆毛好转虫(Dinophilus gyrociliatus),雄性的命运甚至更加受限。雌性在卵囊中产出两种卵,大的和小的。大点的卵发育成雌性,小点的发育成雄性。雄性还在卵囊里的时候就与他们的姐妹交配,之后马上死掉,从没离开过家。雌性破茧而出并继续活下去,产出她们的受精卵。

终极内室

雌性选择的重要性和这种选择的普遍性不能被低估。随着研究的深入,科学家们发现了越来越多雌性对繁殖命运行使支配权的证据。

有一个物种将雌性选择的角色带到了全新的层级,并且证明了这种选择的力量是多么深奥(和神秘)。这种不可思议的识别模式来自一群没有真正的大脑或者多数身体器官的动物。

这是栉水母(comb jelly)。栉水母是小型的捕食者,以浮游生物为食,有八排梳状的纤毛,可以摆动以便行走。这些水母多数是透明的,经常呈现彩虹色,创造出一条条脉动的彩虹之光,在身边泛出涟漪。

在多数情况下,多个精子穿透卵子(这种情况称为多精入卵)对卵子而言是致命的。事实上,这是卵子极力要阻止的情况。但是,瓜水母就不会发生这种情况。相反,几个精子一路摇摆着进入卵子的外表面,接着再到中心区域。这是雌性原核——卵子的核心——开始行动的时候。有时,它会直线直接冲向其中一个精子;其余的时候,它会慢慢地在卵子里行动,检查每个经过的精子。它可能会找到一个自己喜欢的,然后立即融合,或者它可能检查完所有的精子,然后回到先前的一个作为它最后的选择。提醒一下,整个卵子只是一个细胞——所以,这个正在寻找和挑选的原核是一个细胞器,是细胞的一部分。这就好像你的肝脏在为你挑选下一个约会对象。

研究人员仍旧不知道是什么因素有助于选择过程,或者精子是否来自一个或者多个雄性。我们知道的是,雌性选择是在动物生命之树最早的分支之一内进行的,这个层面的结合比精卵结合更亲密:一切都发生在卵子自身内部。

不过,在所有的内室中,最令人印象深刻的也许并不是选择精子或雄性的行为,而是将它们彻底放弃的行为。我们接下来讲讲单性生殖,这是一种在海里依然盛行的方式。

已知这种兼性的单性生殖,是一种特殊的无性(不需要配偶)繁殖的方式。这有别于其他没有雄性的性交方式,那种没有雄性的是正常有性繁殖选择性的(并非强制性的)替代方式,即创造出的后代在基因上与它们的母亲和兄弟姐妹都是不同的。而这种方式可以和克隆相比,在此情况下个体可以萌出它们自己的基因复制品——又称克隆体——作为一种增加群落规模或者种群数量的方式。

我们认识到爬行动物和鱼类存在这种单性生殖已经有几十年了,在2007年,研究人员突然发现鲨鱼也有这种情况,当时查普曼和同事们对一条窄头双髻鲨进行测试,它由一条圈养的雌性所生,这条雌鲨跟自己同种的雄性分开了3年多。但是这次,没有缺席的精子捐献者——相反,这个雌性生下自己的幼崽,其中不含任何雄性的DNA。就在同一年,查普曼也找到了黑边鳍真鲨(blacktip shark)单性生殖的证据,这条鲨鱼已经圈养了9年,与其他任何黑边鳍真鲨都呈隔离状态。当这条黑边鳍真鲨死了的时候,她有一个快临产的胚胎在体内,可以证明是单性生殖(几乎要出生了)。之后,豹纹鲨(zebra shark)和条纹斑竹鲨(whitespotted bamboo shark)也被加入了单性生殖名单。

从小型的、卵生的、底栖的种类到大型的漫游在海中的胎生真鲨,鲨鱼不用配偶的帮助就能繁殖的多样性,也说明这个能力可能也是很普遍的。但是直到最近,鲨鱼所有的单性生殖的证据都来自水族馆(有一个来自迪拜的豪华酒店……不用惊讶,这个城市能提供室内滑雪的雪山,有宾馆可以让鲨鱼进行单性生殖也正常),但是我们还不知道雌性鲨鱼是否在野外也会使用这一策略,因为需要同时取得母体和幼体的DNA样本,这几乎是不可能达到的。雌性鲨鱼可不是“与孩子一起待在家里”的那种母亲,而更像是“生在哪里,丢在哪里”的母亲,这使得同时实现母体和幼体的取样变得很困难。

迄今为止,费尔德海姆、查普曼和同事们发展出了一种基于基因技术的新工具。它能鉴定在自然界中的单性生殖。目前为止,他们的新工具已经证明了至少有一个物种把这个特性运用得很好:极其濒危的栉齿锯鳐(smalltooth sawfish)。

19世纪,过度捕捞和红树林栖息地的丧失几乎使得栉齿锯鳐从之前广泛分布的大西洋消失。虽然它是一种鳐,但是锯鳐的鳍被认为是鱼翅汤最好的原料之一,在亚洲市场需求旺盛,它们排着牙齿的长喙已经成为一种流行的收藏项目了。科学家估计,自从20世纪60年代以来种群数下降了95%。数量的急剧下降为单性生殖创造了条件,这种情况下单性生殖想必派得上用场。

自从2004年起,研究人员已经从190条锯鳐中取样、标记并放置到严格控制的条件下,为了更好地理解这个物种的繁殖方式。这仅仅是研究的一部分。吉姆·杰尔斯雷彻特博士(Dr. Jim Gelsleichter)领导了北佛罗里达大学的鲨鱼生物项目,正努力通过研究这个项目中收集到的血液样品的激素水平来理解物种的生殖周期。激素数量可以有助于证明一年中雄性产生精子的时间(睾酮水平高),与之相对,雌性何时可能产生配子或发育卵子(雌激素水平高)。不过,在某些鲨鱼中雌性有储存精子的能力,这意味着精子和卵子的制造并不总是同步的,因此确定雌性何时怀孕以及何时生产可能是比较棘手的。

杰尔斯雷彻特真正需要的是一个完整的锯鳐妊娠试验。尽管数度尝试,但他还是没有成功:“这反映出了板鳃亚纲的动物调整它们的系统是如此之难。我不能仅仅使用在哺乳动物和鱼类中起作用的方法。鲨鱼有所不同。因此研究它们也很酷,但也非常之难。”杰尔斯雷彻特只能测试一下手提超声波机器的功能,这台机器可以带到野外并用来扫描在取样季节抓住的雌性。

杰尔斯雷彻特指出:“我看起来像一个带着包裹的驱魔人。我甚至还要戴着护目镜来减弱强光,这样我才能看到屏幕。”

当一条雌性锯鳐被抓住的时候,她被吊在船的旁边,这样杰尔斯雷彻特或者另一个研究团队成员可以趴在上面,然后在她的肚子上挥动探测棒来寻找幼崽。当一个雌性处于怀孕期的时候,看起来会很明显;有时候,研究人员甚至可以看到她怀着多少个幼崽。遗憾的是,这样的一台机器价格高达16000美元,因此取样是有限的——这就是为什么妊娠试验依旧无法实现,由此也无法阐明这个物种的繁殖周期。

同时,查普曼和同事们运用这个项目中的DNA样本,成功鉴别了7个个体,都是雌性,都是单性生殖。其中5个是亲姐妹,而其他两个来自不同的母亲。这意味着至少有3个母亲使用了替代的繁殖策略,也许是可用配偶太少的结果。这意味着杰尔斯雷彻特通过超声波看到的某些幼崽可能是没有父亲的,要证明雌性和雄性什么时候可能进行交配,需要做出进一步的艰苦努力。因为有时候它们并不会交配。

随着持续的保护和关于国际贸易的禁令得到落实,单性生殖可能作为栉齿锯鳐的福利帮它们渡过难关。这种没有配偶而繁殖后代的能力在渔捕频率下降的时候,可以提供额外的个体以实现种群扩张。虽然单性生殖短期内可能是好的,但长远来看,依赖这种策略以求生存是有风险的。略过雄性会有相应的后果。

第一,相对于雄性和雌性性交产生的后代,单性生殖产出的个体降低了基因多样性,因为它们只从一个亲代那里获得基因。第二,来自单性生殖的后代几乎总是只有一种性别——无论哪一种性别都有两个一样的染色体。几代之后,偏移的性别比例和下降的基因多样性会对物种的生存产生消极的影响。纵观动物王国,这就是为什么每种动物,甚至那些可以无性生殖的动物,至少有时也会转向有性生殖,以便增加基因多样性。

归根结底,有性繁殖依然是物种多样性和物种生存的核心。对于哺乳动物而言,性交就是通过类似阴茎的器官和类似内室的阴道的结合,但从进化上来讲,这是一种相对新的方式。

很久以前,精子并不是通过细长的杆状物挤出去,然后游过弯弯曲曲的河道的。精子和卵子神奇的结合发生在身体之外。接下来,我们将探索各种各样的物种如何呈现体外受精这门古老的艺术,在这种情形下性就是发生在海洋里的。

第二幕

搞定

第二部分:体外受精

在海洋中,性经常是一种体外经历。就像植物在风中散播花粉,绝大多数海洋物种并不进入对方或者释放它们的精子和卵子到对方身上,而是将它们排入打漩的海水中。真正的性——精子找到并融入卵子——是发生在这些游离的配子身上。

我们这种空气呼吸者无法选择这种体外受精。在陆地上,精子干得太快了,以至于这种自由的性细胞传播方式无法实现。在海洋中,情况就完全不一样了。在那里,精子可以漂浮着,沐浴在大量的盐水中,完全没有干枯的风险。但这也并不意味着生命对这些小小的“海员”而言是容易的。在广阔的海洋里找到一个只有用显微镜才能看见的卵子,不是一项简单的任务。体外的狂欢也有它的缺点。

雌性阴道为体内受精者提供了漏斗系统,在封闭的区域内给精液提供沟槽并促进它们的集中。当然,那里还有死胡同、旋转和拐角让其头晕目眩,足以让一个可怜的雄性阴茎和它的货物完全分不清东南西北,更不用说碰到致命的分泌物了。还有,就防御而言,雌性的身体在围堵精子时起到了巨大作用。为了代替这样一个封闭系统,体外受精者必须依赖各种不同的手法来应对广阔的水世界。

其中,首先是简单地泵出大量的精子和卵子。举个例子,海胆每次射精都会释放出百亿到千亿的精子。相对于男人平均每次可以射出几亿精子而言,要高出两个数量级。一玻璃杯海胆精液容纳了几乎万亿个游泳小健将。对于在海底爬行、看起来像针垫的海胆,这相当了得。而实际上,海洋无脊椎动物的精子数都非常高,以至于多数渔业科学家认为它们繁殖起来是无穷无尽的。他们认为那些精子和卵子一定会相遇并结合,然后造出成千上万的后代。不幸的是,这个假设忽略了密度——空间里所有动物彼此的距离——在决定受精成功方面的重要性。这种疏忽导致了无数物种的崩溃,从鲍鱼到海螺。结果证明大量的精子只是策略的一部分。此外,特定海域中的物种通过把精卵背起来聚集到一起从而缩小精子和卵子的距离。纵欲狂欢,被证明是海中极为成功的性策略。

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