精子还是卵子？雌雄同体的涡虫如何分配它们的资源

　　

   

   

图片:Macrostomum属的各种物种:这种涡虫是透明的，在显微镜下可以确定活体动物雄性和雌性生殖器官的大小。

雌雄同体的物种面临着一个根本性的问题:它们应该在雄性和雌性身上花费多少能量?在进化过程中，涡虫找到了这个问题的各种答案，而这些答案与它们的交配行为直接相关。

许多动植物既有雄性生殖器官，也有雌性生殖器官。为了确保繁殖成功，并能将自己的基因传递给尽可能多的后代，这些雌雄同体的生物依赖于两性。然而，为了最有效地实现这一目标，应该投入男性和女性性功能的资源数量仍不清楚。

虽然两性分配问题长期以来一直是植物研究的主题，但有关两性动物的相关研究相对较少。现在，巴塞尔大学的进化生物学家根据120种大口扁形虫属的系统发育树，已经能够追踪这些雌雄同体的涡虫所采取的策略。

在这样做的过程中，研究人员不仅发现了一个解决方案。巴塞尔大学环境科学系的进化生物学家Lukas博士(Sch?rer)说:“不同的物种在繁殖资源的分配上存在高度的差异。”“与此同时，我们能够解释基于交配行为差异的各种策略。”

奇怪的练习

世界各地都有水和潮湿的地方，大口涡虫被称为同时雌雄同体——它们同时是雄性和雌性。这种蠕虫几乎是透明的，在显微镜下可以很容易地测量活体动物的睾丸和卵巢的大小。

这个属的许多种通常在一种两厢情愿的给予和索取的游戏中相互交配。然而，其他物种则采取暴力手段，用它们像针一样的阴茎刺穿伴侣的皮肤，从那里精子穿过组织进入卵细胞。由Sch?rer领导的研究人员能够证明，这种被称为“皮下交配”的行为在涡虫的进化过程中独立发展了好几次。

两种策略

正如研究人员在《BMC生物学》杂志上报告的那样，交配行为对一个物种在进化过程中为雄性或雌性繁殖投入更多资源有重大影响。科学家们发现了两种优势策略:在相互交配的物种中，雄性生殖器官获得了更多的资源。相比之下，大多数能够进行皮下交配的物种会在雌性器官上投入更多的能量。

“乍一看，这是一个令人惊讶的发现，”目前在马克斯·普朗克多学科科学研究所(Max Planck Institute for多学科科学)从事研究的杰里米亚斯·布兰德(Jeremias Brand)博士说。“你可能认为皮下交配会导致男性偏倚的性别分配。”这在许多动物的精子竞争使卵细胞受精时是可以预料的。

在相互交配的物种中，有许多机制可以减少精子之间的竞争——例如，如果精子被竞争对手取代，或者如果精子受体在与几个伴侣交配后影响哪些精子用于受精。然而，在皮下授精的情况下，这些机制不会发生。

自交的能力

那么，为什么那些主要进行皮下交配的物种会在雌性身上投入更多呢?在这里，研究人员根据另一个重要的观察结果提出了假设:种群遗传分析表明，在皮下交配的物种似乎更倾向于自我受精。

她们通过将精子注射到自己身体的前部，从那里精子进入卵子。这种复杂的途径是必要的，因为尽管涡虫是雌雄同体，但它们在雄性和雌性生殖器官之间缺乏内部联系。由于在自我受精的情况下，与其他精子的竞争被排除了，如果这些物种将更多的能量投入到雌性系统中，它们就会获得更多。

有趣的是，类似的关系也存在于植物中——经常或完全自花授粉的植物会在雌性生殖器官上投入更多。虽然植物和涡虫看起来可能非常不同，但它们的进化发展实际上是由共同的原则决定的。

文章标题

Mating behavior and reproductive morphology predict macroevolution of sex allocation in hermaphroditic flatworms