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杀手精子:跨种交配或导致不育甚至死亡

作者:admin 发表于:2014-08-03 点击:582  保护视力色:
美国马里兰大学和加拿大多伦多大学的研究学者让不同物种的同型小杆线虫属蠕虫进行交配,结果发现雌性蠕虫的寿命以及它们后代的数量与同物种之间的交配相比,急剧减少。


科学探索

 
 

这张图描绘了跨种交配的失败例子:精子(红色)入侵雌性蠕虫的身体。

 

  对生物物种的经典定义便是它们只能够物种内而无法在物种外繁殖的能力。例如,马和驴可能能够产生骡子的后代,但骡子因为与这两个物种都存在基因组不相容因此几乎不具备生育能力。大多数情况下,不同物种之间的交配几乎都无法产生后代,然而,美国马里兰大学和加拿大多伦多大学的研究学者让不同物种的同型小杆线虫属(Caenorhabditis)蠕虫进行交配,结果发现雌性蠕虫的寿命以及它们后代的数量与同物种之间的交配相比,急剧减少。此外,能够在跨种交配后存活下来的雌性往往变得不孕不育,即使它们随后与自己物种的雄性交配。

  当研究人员在显微镜下观察不育和垂死的雌性蠕虫时——科学家利用一种荧光染料使得蠕虫体内的精子可见——他们发现外来精子会突破蠕虫子宫的括约肌并入侵卵巢。在那里精子过早的与卵子结合受精,因此无法发育成具有生育能力的后代。精子最终会摧毁卵巢从而导致不孕不育。然后精子继续向前移动穿越蠕虫的整个身体,从而导致组织受损和死亡。

  “我们的发现实在出人意料,因为一般来说在受精过程中,雌性会从自己物种里的雄性挑选精子,这一行为并不会导致长期结果,因为它们之间并未发生基因流动,”多伦多大学生态学和进化生物学副教授亚瑟·卡特(Asher Cutter)这样说道。

  这项研究结果表明精子和雌性生殖系统之间的相互作用可能是蠕虫交配失败的新原因,艾瑞克·哈格(Eric Haag)解释道。“这一发现或可能值得在其它物种中进行探索和验证,因为相似的协调问题或可能与其它生物体的不育也相关。”

  这项由马里兰大学的研究生加文·伍德乐夫(Gavin Woodruff)和多伦多大学的贾尼斯·丁(Janice Ting)带领进行的研究被发表在7月29日的期刊《公共科学图书馆—生物学》上。伍德乐夫现为日本林业学和森林研究产品研究院的博士后研究员。

  研究人员认为“杀手精子”可能是蠕虫物种性器官进化,尤其是精子彼此之间相互竞争的能力,产生分歧的结果。当一个雌性蠕虫与多个雄性交配,精子会互相推挤竞争与卵子结合,雌性蠕虫的身体必须能够忍受这种竞争以存活下来并产生后代。研究人员提出假设称,精子的攻击性以及子宫忍受精子的能力在同一个物种间是相同的,但因物种的不同而有所差异。因此,对于一个雄性精子不太活跃的物种而言,它的雌性个体可能无法忍受另一个物种更有侵略性的精子。

  这一理论也有具体的证据。在这项研究里,三个雌雄同体蠕虫的物种——它们能够产生自己的精子并与自己的卵子结合产生后代——在与其它物种的雄性交配时,尤其容易导致不育甚至死亡。雌雄同体的子宫可能进化得能够忍受“更温和的”精子,但无法忍受非雌雄同体物种的更大更活跃的精子。“我们发现雌性同体可以感知并尽量避免或可能伤害它们的物种的雄性个体。” 哈格解释道。

  这种致命的跨种交配的例子尤其吸引了进化生物学家的兴趣,根据发表在期刊《自然》上研究估计,地球上大约有870万个物种,其中还不包括细菌,但这么多物种为什么仍保持彼此的特异性,目前仍不清楚。“利用不育或者死亡来惩罚跨种交配可能是维持物种间界限的一种强大进化学方法。”哈格说道。

  然而,进化往往会留下一些幸存者,即使是在最恶劣的环境里。之前研究人员发现有害的跨种交配仍能产生一些具有生育能力的后代,哈格计划继续这项研究,调查杂交蠕虫与不同物种进行交配时的行为特征。

来源:凤凰科技