Cell子刊：精子游得快不一定更好

　　

生物通报道：精子与卵子结合时，传统观点认为游得最快的精子最有可能成功与卵子结合。日前Syracuse大学的一项果蝇（Drosophila melanogaster）精子竞争研究颠覆了这一传统观点，研究发现较慢或者较长的精子击败了游得更快的竞争者。文章提前发表在Current Biology杂志的网站上。

当雌性动物与多个雄性动物交配时，就会发生精子竞争，这场竞争的决胜条件是取决于精子质量的差异以及竞争精子间的相互作用。

该研究是由文章的通讯作者，Syracuse大学生物系的Stefan Lüpold博士领导的，他们使用了基因工程改造后的果蝇，这些果蝇的精子头部能在显微镜下发绿色或红色荧光。这种果蝇使研究人员可以在雌性果蝇生殖系统中实时观察精子活动。

“精子竞争是动物界一项基础的生物学过程，然而我们对于何种特性的精子能胜出还所知甚少，”Lüpold说。“这是首次在雌性体内的竞争环境下实际检测精子的质量，我们能够在每个生殖阶段中分析哪种精子特性更为重要。“

该研究的重要之处还在于，科学家研究的是自然产生的精子特性，而非人工制造具有特殊特性的精子。科学家依据精子特征对雄性果蝇进行了分组，让一个雌性果蝇与来自不同组的雄性果蝇交配。“这一步骤使我们能够同时研究多种精子特性，并观察雄性果蝇的精子怎样依据竞争者改变其行为，”Lüpold说。

在这项研究中，科学家让雌雄果蝇每三天交配一次。雄性果蝇的精子从雌性的交配囊游到储存区域等待卵子被释放。而雌性果蝇的卵子会从卵巢移动到囊中。然而，精子的竞争实际上在储存区域就已经开始了。每次交配后，新的精子都试图将此前的精子赶出储存区。雌性果蝇会将这些被取代的精子排出生殖系统，使其从竞争中彻底退出。研究人员观察到，较长和较慢的精子在这方面更具优势，被挤出储存区的可能性更小。

“发现较长的精子更容易成功，这与此前的研究相符，”Lüpold说。“不过，发现更慢的精子具有优势则与常识相悖。”

较慢的精子为何具有优势，还有待进一步研究。“可能是，较慢的精子在储存区游来游去时，碰到出口的几率更少，因此被推出的可能性较低，”Lüpold说。“或者，也有可能精子的速度是取决于狭窄储存区域内的精子密度，也就是说这里精子的速度并不是果蝇性选择的真正目标，而是由储存器官中的精子量决定的。”

该研究为复杂的交配后过程提供了新观点，阐明了精子特性在不同生物学阶段的重要性，帮助人们进一步了解交配后性选择在物种多样性及物种形成中发挥的作用。

生物通编辑：叶予

生物通推荐原文摘要：

How Multivariate Ejaculate Traits Determine Competitive Fertilization Success in Drosophila melanogaster

Success in sperm competition, occurring whenever females mate with multiple males [1], is predicted to be influenced by variation in ejaculate quality and interactions among competing sperm [2]. Yet, apart from sperm number, relevant ejaculate characteristics and sperm-sperm interactions are poorly understood, particularly within a multivariate framework and the natural selective environment of the female reproductive tract. Here, we used isogenic lines of Drosophila melanogaster with distinguishable sperm to demonstrate and partition genetic variation in multiple sperm quality and performance traits. Next, by competing males from different lines, we show how rival sperm significantly influence each other's velocity and reveal that males with relatively slow and/or long sperm better displace rival sperm and resist displacement, thus avoiding ejection by the female from her reproductive tract. Finally, we establish fitness consequences of genetic variation in sperm quality and its role in securing a numerical advantage in storage by showing that offspring paternity is determined strictly by the representation of stored, competing sperm. These results provide novel insight into complex postcopulatory processes, illustrate that different ejaculate traits are critical at different biologically relevant time-points, and provide a critical foundation for elucidating the role of postcopulatory sexual selection in trait diversification and speciation.