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精子——像一支军队那样战斗

原标题:精子——像一支军队那样战斗|大象公会

说到精子,大家脑子里浮现的可能是一只傻乎乎乱窜的蝌蚪。

这只蝌蚪可分为四个部分,顶体、头部、中部和尾部,最前端的顶体负责释放顶体酶,用来融化进入卵子的通道,头部装载最重要的遗传物质,中部则存放线粒体以供能,细长的尾部提供前进动力。

▍精子结构

但精子不仅有一种形态,甚至在同一个个体内,精子都能长得不一样(Sperm polymorphism)。

很多无脊椎动物可以同时生产正常精子(Eupyrene)和辅助精子(Parasperm),正常精子里面有一套染色体,拥有正常的功能,辅助精子内没有或缺失部分染色体,没有受精能力。

精子的唯一使命就是让自己的染色体在另一个个体中延续,辅助精子连染色体都没有,它图什么呢?

学者提出了很多假说试图解释这种现象,最开始大家都说,异常的精子只是精子生产线上的残次品。

错误是生活的常态,降低错误率需要付出高昂的代价。我们误以为生活本该一丝不苟、严丝合缝,其实「正常」才是无数误差交织中的碰巧完美。质检成本高,收益低,不如不要那么认真,反正异常的精子在雌性体内也会被筛选掉。

当然进化生物学家就是要从一切无序中找到规律,他们坚持认为存在即合理。理论上越早预防,日后遭受的损失就越小,早期筛选出异常精子,可以修复,如果修复成本太高,可以消化后重利用。

辅助精子如此普遍地在生物中存在,必有蹊跷。

于是他们提出种种假说以支持辅助精子是有用的——帮助正常精子获得受精能力、为正常精子提供营养、运输正常精子、在精子竞争和操纵雌性方面助力。

有些动物射精前的精子没有受精能力,射精后在辅助精子的帮助下才能逐步成熟。

比如蚕蛾(Silkmoth)射精前的正常精子和辅助精子都是不能动的,随后辅助精子抢先获得移动能力,并在前往雌性储存精子的器官道路上,一步步帮助正常精子动起来。

又有观点认为,辅助精子充当了移动的小奶瓶,在正常精子精疲力竭的时候,燃烧自己,为其供能。

还有观点认为辅助精子在运输精子过程中起作用,比如有些正常精子会扒在巨大的辅助精子上搭顺风车,又比如为了防止正常精子在受精路途中流失,辅助精子形成一张保护网,把正常精子兜在里面,像体外受精的海胆(Echinoid),他的辅助精子有两条尾巴,互相勾连,把正常精子包裹在里面,防止被海水稀释。

另外有观点认为,辅助精子会为正常精子挡刀,当有其他雄性的精子共同竞争,企图破坏自己精子的时候,辅助精子会承受伤害,有时候还会主动砍别人一刀。

最后有观点认为,辅助精子可能会堵在雌性生殖道内,阻止其他雄性的精子进入。总而言之辅助精子一生下来,他的命运就被决定了,他没有争夺王冠的权力,他只是精子的无私同盟者。

▍红娇凤凰螺的辅助精子(中间)和正常精子(小蝌蚪)

▍双尾海胆辅助精子

就算没有辅助精子,精子也未必总像一盘散沙,孤独寂寞地冲锋陷阵,在强大的外敌面前(凶残的雌性生殖道和竞争对手),来自同一个个体的精子也会表现地充分团结。

▍一盘散沙

精子军队讲究排兵布阵。雌性体内的环境对精子来说是地狱,多呆一秒伤亡指数都会成倍增长。

为了防止伤害,加速前进,精子会联合在一起,头摞在一起是精子堆积(Rouleaux),首尾相连是精子火车(Sperm train),精子的尾巴缠绕在一起是精子束(Sperm bundles)。

▍裸尾犰狳(naked-tail armadillo)精子堆积

▍精子火车

▍精子束

精子放弃了独立自主,联合在一起的动力是什么?

这就需要了解精子制胜秘诀——跑得快、活得久、穿得透。

有几种假说试图说明联合在一起的精子比单打独斗的精子有优势:

第一种,联合在一起跑得更快,跑得越快在精子竞争中就越有优势,越大的精子产生的前进推动力更大。

第二种,活得更久,精子包裹在一起,只有最外层的精子暴露在危险环境之中,内部的精子可以最大程度地保存实力,到达接近卵子的地方精子再游离出来。

第三种,更容易穿透卵子,因为多个精子的顶体聚集在一起同时释放顶体酶,加快融化通道的速度。虽然说各种假说层出不穷,但还没有哪种被完全实验证实。

在极端恶劣的环境下,精子也学会了抱团取暖。

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