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精子——像一支軍隊那樣戰斗

原標題:精子——像一支軍隊那樣戰斗|大象公會

說到精子,大家腦子里浮現的可能是一只傻乎乎亂竄的蝌蚪。

這只蝌蚪可分為四個部分,頂體、頭部、中部和尾部,最前端的頂體負責釋放頂體酶,用來融化進入卵子的通道,頭部裝載最重要的遺傳物質,中部則存放線粒體以供能,細長的尾部提供前進動力。

▍精子結構

但精子不僅有一種形態,甚至在同一個個體內,精子都能長得不一樣(Sperm polymorphism)。

很多無脊椎動物可以同時生產正常精子(Eupyrene)和輔助精子(Parasperm),正常精子里面有一套染色體,擁有正常的功能,輔助精子內沒有或缺失部分染色體,沒有受精能力。

精子的唯一使命就是讓自己的染色體在另一個個體中延續,輔助精子連染色體都沒有,它圖什么呢?

學者提出了很多假說試圖解釋這種現象,最開始大家都說,異常的精子只是精子生產線上的殘次品。

錯誤是生活的常態,降低錯誤率需要付出高昂的代價。我們誤以為生活本該一絲不茍、嚴絲合縫,其實「正常」才是無數誤差交織中的碰巧完美。質檢成本高,收益低,不如不要那么認真,反正異常的精子在雌性體內也會被篩選掉。

當然進化生物學家就是要從一切無序中找到規律,他們堅持認為存在即合理。理論上越早預防,日后遭受的損失就越小,早期篩選出異常精子,可以修復,如果修復成本太高,可以消化后重利用。

輔助精子如此普遍地在生物中存在,必有蹊蹺。

于是他們提出種種假說以支持輔助精子是有用的——幫助正常精子獲得受精能力、為正常精子提供營養、運輸正常精子、在精子競爭和操縱雌性方面助力。

有些動物射精前的精子沒有受精能力,射精后在輔助精子的幫助下才能逐步成熟。

比如蠶蛾(Silkmoth)射精前的正常精子和輔助精子都是不能動的,隨后輔助精子搶先獲得移動能力,并在前往雌性儲存精子的器官道路上,一步步幫助正常精子動起來。

又有觀點認為,輔助精子充當了移動的小奶瓶,在正常精子精疲力竭的時候,燃燒自己,為其供能。

還有觀點認為輔助精子在運輸精子過程中起作用,比如有些正常精子會扒在巨大的輔助精子上搭順風車,又比如為了防止正常精子在受精路途中流失,輔助精子形成一張保護網,把正常精子兜在里面,像體外受精的海膽(Echinoid),他的輔助精子有兩條尾巴,互相勾連,把正常精子包裹在里面,防止被海水稀釋。

另外有觀點認為,輔助精子會為正常精子擋刀,當有其他雄性的精子共同競爭,企圖破壞自己精子的時候,輔助精子會承受傷害,有時候還會主動砍別人一刀。

最后有觀點認為,輔助精子可能會堵在雌性生殖道內,阻止其他雄性的精子進入。總而言之輔助精子一生下來,他的命運就被決定了,他沒有爭奪王冠的權力,他只是精子的無私同盟者。

▍紅嬌鳳凰螺的輔助精子(中間)和正常精子(小蝌蚪)

▍雙尾海膽輔助精子

就算沒有輔助精子,精子也未必總像一盤散沙,孤獨寂寞地沖鋒陷陣,在強大的外敵面前(兇殘的雌性生殖道和競爭對手),來自同一個個體的精子也會表現地充分團結。

▍一盤散沙

精子軍隊講究排兵布陣。雌性體內的環境對精子來說是地獄,多呆一秒傷亡指數都會成倍增長。

為了防止傷害,加速前進,精子會聯合在一起,頭摞在一起是精子堆積(Rouleaux),首尾相連是精子火車(Sperm train),精子的尾巴纏繞在一起是精子束(Sperm bundles)。

▍裸尾犰狳(naked-tail armadillo)精子堆積

▍精子火車

▍精子束

精子放棄了獨立自主,聯合在一起的動力是什么?

這就需要了解精子制勝秘訣——跑得快、活得久、穿得透。

有幾種假說試圖說明聯合在一起的精子比單打獨斗的精子有優勢:

第一種,聯合在一起跑得更快,跑得越快在精子競爭中就越有優勢,越大的精子產生的前進推動力更大。

第二種,活得更久,精子包裹在一起,只有最外層的精子暴露在危險環境之中,內部的精子可以最大程度地保存實力,到達接近卵子的地方精子再游離出來。

第三種,更容易穿透卵子,因為多個精子的頂體聚集在一起同時釋放頂體酶,加快融化通道的速度。雖然說各種假說層出不窮,但還沒有哪種被完全實驗證實。

在極端惡劣的環境下,精子也學會了抱團取暖。

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