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雄性动物为了交配能有多拼?针鼹的生殖器分叉,鸭类丁丁呈螺旋状|动物|哺乳动物|生殖器|精子

2023-08-13 16:00:44 来源:个人图书馆-云语禅心

如果要问动物生存的终极目标,相信答案会非常统一:繁殖后代。但对两性生殖的动物而言,繁殖过程并非一帆风顺,雄性在获得甜蜜果实之前,首先要面临的就是激烈的生殖竞争。

这是因为雌性动物为生育所投入的能量、时间成本远高于雄性,即繁殖代价更高,因此在择偶时十分谨慎。同时,雌雄双方交配后的利益也不一致:雄性倾向于和更多的雌性交配,雌性则需要精挑细选,在众多的追求者选出适合度最高、基因最优良的个体。


(资料图片仅供参考)

生命的诞生:精子的竞争

有性生殖是自然界中神奇的生命现象,生殖过程需要两性角色共同参与,缺一不可。交配结束后,精子和卵子结合成受精卵,新生命的种子就此埋下。

但在生命诞生的背后,则暗藏着激烈的角逐与残酷的淘汰,“小蝌蚪”们面临的难关比想象中更多,比如:跨越宫颈粘液、克服阴道的酸性环境(男性精液pH为7.2~8.0,女性阴道为3.8~4.4),还可能遭到白细胞的吞噬。面对多重阻碍,精子不仅要顽强生存下来,还要在无数的竞争者中脱颖而出。

以人类为例,成年男性每次的射精量约为2~6ml,1ml精液中含有的精子高达0.6~2亿个。其中,正常精子约占六成以上,这意味着排精一次就可能产生0.72~7.2亿个实力相当的竞争对手!

精子的竞争通过“赛跑”产生,最先与卵子结合者获胜。从生物学角度分析,健康的精子具备适合游动的生物学特征:外观形似蝌蚪,由头、体、尾三部分构成,头部呈卵圆形,表面光滑,减少阻力;中部为线粒体鞘,是精子的动力来源;尾部鞭毛又细又长,外周有致密纤维,增加了游动效率。

2020年7月,Science Advances上刊登的一项报告揭示了人类精子游动的奥秘:鞭毛的运动并非是在左右摇摆中前进,而是以“螺旋摆尾”的方式前进!科学家发现,精子既有水平前进的行波特征,又有上下振动的驻波特征,前者产生单侧冲程,后者则促使鞭毛做出螺旋状运动。

由此可见,精子的“比赛”过程并不简单,复杂的姿态可能也只是精子运动奥秘的冰山一角!

在接下来的“精卵会面”阶段,同样会出现新一轮的淘汰。事实上,能通过初步选拔、抵达卵子周围的精子仍有数十到数百个。为选出唯一的优胜者,精卵识别机制和阻断机制发挥了关键作用。

首先,精子和卵子的表面都有特殊的识别装置(结合素与受体),组成了相互配对的锁钥结构,只有同种生物才能配对成功。其次,当首个精子与卵子结合时,会先后触发透明带反应和皮层反应,卵子自动形成两道屏障,防止再与其他精子结合。

精卵结合瞬间出现“光芒”

其中,第一道屏障可立即生成,第二道屏障(受精膜)在受精一分钟后才能形成。但由于精子数量众多,最终仍可能出现多精入卵的现象,产生同卵双胞胎,同卵3~5胞胎的案例也曾有发生,但概率极低。

为了争夺配偶,雄性动物有多内卷?

为了争夺和雌性动物的交配权,雄性动物的竞争无处不在,主要分为两个方面:一,直接竞争;2,进化出形态各异的生殖器。

直接的竞争方式常见的有两类,第一类是“比武招亲”,更强、更壮的雄性动物获得交配权,这类动物包括“国宝”大熊猫、狮子、老虎、袋鼠、河马、斑马、长颈鹿等等;

第二类则是进化出某种突出的性状,通过“卖力表演”来赢得雌性动物的青睐,这类现象主要出现在鸟类中,竞争项目包括鲜艳的羽毛、修长的尾巴、灵巧的歌喉等等。

但凡事都有例外,一些动物并不遵循正当的竞争,而是通过强迫交配的方式繁衍后代。鸭类就是典型的“作弊者”,雄鸭的生殖器呈螺旋形,能在0.5秒内迅速膨大,完成交配只需短短几秒钟。鸭类交配的“强迫率”高达40%,但雌鸭并不会任由雄鸭摆布!

为了反抗强迫,雌鸭的生殖道进化出了反螺旋结构,和雄鸭丁丁的形状恰好相反。当被强迫时,雌鸭便收紧泄殖腔的肌肉,显著降低了受精率。当其自愿交配时,雌鸭则会舒张肌肉,泄殖腔更加宽松,也更容易受精成功。研究发现,符合雌鸭生殖意愿的后代比例高达95%~98%,只有2%~5%和强迫交配有关。

鸭子的后代:基本符合雌性的生殖意愿

在雄性动物中, 同样奇怪的丁丁还有很多,大小、形状各不相同。

大小

雄性动物丁丁的大小差距悬殊:蓝鲸拥有世界上最大的丁丁,长度可达2.5~3m,直径30~36cm,单个睾丸的重达45~68公斤,单次射精17~20L。阿根廷湖鸭拥有鸟类中最长的丁丁,最长记录为42.5cm,超过了自身体长。海象丁丁的尺寸也很突出,长度可达63.5cm,丁丁内部还进化出了丁丁骨的特殊结构。

海象的丁丁骨

有些动物的丁丁却小得可怜,灵长类普遍具有小尺寸的丁丁,与体型并不相称:银背大猩猩的丁丁只有2.5~4cm,红毛猩猩为5cm,黑猩猩也只有7.5cm左右。

形状

丁丁的形状同样五花八门,有锥形、蘑菇形、棍形、螺旋形,还有分叉、带刺的类型……美国史密森学会杂志曾罗列了全球最奇怪的九种丁丁,在榜单中,针鼹的丁丁尤为奇特。

针鼹

针鼹是生活在澳大利亚的产卵哺乳动物,其生育行为类似鸭嘴兽,属于古老的单孔目动物。和其他动物不同,针鼹的生殖器共有4个头,完美状态下的长度可达7cm,表面覆盖有阴茎刺,可刺激雌性排卵。在交配时,只有一侧的2个丁丁会膨大并参与活动,另外两个则保持常态。与之相对应,雌性针鼹的生殖道也有两个分支。

单孔目(针鼹)、有袋动物和真兽类哺乳动物的雌性生殖道

虽然动物的丁丁千奇百怪,但都可以归结为生殖进化的结果,生殖行为也明显带有“排他”倾向。例如:丁丁骨的存在使雄性动物的交配时间更加持久,从而减少了交配对象和其他雄性的交配机会,提高了前者的授精率。

总结

和雄性动物相比,雌性动物的生殖成本更高,在选择配偶时分外挑剔,优中选优。对雄性动物而言,雌性是相对稀缺的繁殖资源,激烈的生殖竞争不可避免。

雄性动物为了成功交配并延续基因,进化出了形态各异的生殖结构,发展出了独特的求偶模式,竞争手段更是无奇不有。虽然雄性动物陷入了“内卷”,但这又何尝不是最合适的繁殖策略呢?

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