本文发表于《大众科学》之前的博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点。
一旦进入雌性生殖器官,精子就会竭尽全力超越竞争对手到达卵子——尤其当对手来自另一只雄性时。决定哪个精子获胜的过程被称为“交配后性选择”,直到现在,这个过程一直难以被解析清楚。
通过对果蝇进行基因工程改造,使其精子头部表达绿色或红色荧光(发光)蛋白,来自雪城大学的研究人员使得到达卵子的竞赛变得可以被观察。这些发光的精子可以通过雌性果蝇的生殖器官被检测到,从而可以使用特殊的显微镜实时观察到激烈的竞争。“当我们第一次通过显微镜看到这些发光的精子时,我们都惊呆了,”主要作者斯科特·皮特尼克(Scott Pitnick)在准备好的声明中说。“事实证明,它们在雌性的特殊精子存储器官内不断移动,并表现出令人惊讶的复杂行为。”
这项于3月18日发表在《科学》杂志上的研究,为交配后性选择提供了新的视角,根据皮特尼克的说法,交配后性选择是“进化改变的强大力量”。当雌性与多只雄性交配时(在果蝇和其他物种中很常见),交配后性选择决定了父权。研究人员得出结论,雌性存储器官释放精子的时间,竞争精子的分布,“公平抽签”的精子使用(意味着雌性或环境不会偏袒任何精子)以及“令人惊讶的精子运动能力”都影响着交配后性选择。
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那么谁赢了呢?虽然每条精子在雌性存储器官中移动的速度大致相同,但来自最近交配的雄性的精子往往会取代来自较早交配的雄性的精子。这项研究证实了之前的报告,即所谓的“第二只雄性”精子可以取代“第一只雄性”精子,但并没有表明精子可以使它们的竞争对手丧失能力(与早期关于“杀手”或“神风”精子的报道相反)。
观察精子受精之间以前无法观察到的事件的能力可能对生殖生物学、性选择和物种形成领域产生巨大的影响。“我怀疑我们才刚刚开始使用这种材料,”皮特尼克说。
顶部图像:雌性黑腹果蝇(D. melanogaster)的生殖道(不含卵巢),最初与GFP精子雄性交配,然后与RFP精子雄性再交配。绿色精子头部已离开存储器官,可以看到它们在囊中与红色精子头部混合。底部图像:雌性黑腹果蝇(D. melanogaster)的精囊(SR)和单侧精子贮囊,最初与GFP精子雄性交配,然后与RFP精子雄性再交配。精子在精囊中混合,但只有绿色精子存在于精子贮囊中。图片来源:©Science/AAAS