作者:冯维维 来源:中国科学报 发布时间:2018/3/27 9:34:55
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竞争让蚂蚁精子游得更快更好

 

一只雄性(右)切叶蚁和一只未受精的切叶蚁蚁后。图片来源:David R. Nash

本报讯 最近发表在开放获取期刊《BMC演化生物学》上的一项研究发现,蚂蚁的精子在识别出竞争对手的精子后,会变得更活跃,游得更快、更直。蚂蚁是一种一生只有一天机会交配的社会性昆虫,通过对它们的研究,科学家得以探究在存在其他雄性精子竞争的情况下,有哪些因素改变了精子的行为。

丹麦哥本哈根大学的研究者发现,与只和生理盐水混合的精液中的精子相比,在多个雄性的精液混合后的精子中,活跃精子的数量要多50%,游泳速度也会提高超过20%,游出的轨迹也更直。

本文第一作者Joanito Liberti博士说:“蚂蚁的独特之处在于,它们的性行为一生只有一次,发生在它们刚成年的那次交配活动中。当蚁后与多个雄性蚂蚁交配时,雄性的精子只有这唯一一个时间窗口可以与其他雄性的精子竞争,进而储存到蚁后的繁殖器官中。我们发现,精子的机动性似乎受到雄性和蚁后双方分泌物的调控,调控机理十分精密。这一发现表明,精子能够衡量竞争的激烈程度,并因此调整自己的机动性及与之匹配的能量消耗。”

在一系列后续实验中,作者发现,混合精液中精子机动性的提高,是由其他雄性的精液引起的;如果将精液和蚁后生殖管中的液体混合也可以观察到类似的现象。无论是与其他雄性还是蚁后的体液混合,精子机动性提高的程度都远大于在自己精液中的程度,活跃精子的比例、精子的游泳速度和轨迹的直线程度也比在自己精液中分别高出40%、15%和8%。

本文通讯作者Jacobus Boomsma教授说:“在我们之前的研究中,在同样种类的切叶蚁身上,我们发现与其他雄性的精液接触会降低精子的存活率。所以在这次的研究开始之前,我们本以为精子的机动性也会像存活率一样受到竞争者精液的负面影响,但结果却完全相反。我们观察到竞争者的精液比其自身的精液更能提高精子的机动性,这表明精子演化出了可以识别自己与异己的机制,并以此调控自己的活动性。”

作者分析,蚂蚁的精子在自己的精液中机动性、游泳速度和轨迹直线程度都没有很明显的提高,这说明要提高精子的机动性对雄性蚂蚁而言代价不小,比如它可能要让精子处在氧化压力之下。这可能会影响精子储存到雌性生殖管之后的长期生存能力。鉴于蚁后储存精子再让卵子受精的过程可能会持续很多年,所以精子的长期生存能力对于雄性和雌性而言其实都很重要。提升精子机动性是否真的以承受更高的氧化压力为代价,未来还有待更深入的研究。

作者于2002~2014年间在巴拿马的甘博亚收集了雄性切叶蚁并提取了它们的精子,之后他们将这些精子分别放入生理盐水、蚂蚁各自的精液、竞争者的精液以及各自精液和竞争者精液的混合物中。研究人员用显微观察技术测量了精子的活动程度、速度和方向。

在后续进一步的实验中,作者还将雌性生殖管道中的液体与雄性的精液、生理盐水进行各种组合,然后加入精子进行研究。

作者提醒,他们的目标并不是复制精子被射出后所处的真实生理环境,而是研究在这种社会性昆虫中有哪些性别相关因素会影响精子的竞争力与精子的储存——毕竟这些昆虫的雌性可以存活几十年,而交配却在刚成年时一次性完成,随后雌性离巢去建立自己的新领地,这背后的种种机理和故事令人着迷。

(冯维维)

《中国科学报》 (2018-03-27 第2版 国际)
 
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