一种进化上的转变——即优先考虑交配而非抚育后代——与雄性三刺鱼体内持续较高的雄激素水平有关

通过液相色谱-质谱联用技术分析两种三棘 stickleback 生态型（common 和 white）雄性在筑巢、交配后0天及4天阶段的激素水平，发现common雄性在育儿期后雄激素（如11-KT、睾酮）和雌激素代谢物2-ME2水平显著下降，而white雄性激素水平保持高位，可能与白生态型持续求偶行为相关。孕激素（11β-OHP、孕烷醇酮）水平在white中普遍低于common，可能与维持性活动有关。皮质醇等糖皮质激素在交配后0天均升高，但无生态型差异。这些结果揭示了激素水平调控繁殖策略的机制差异，支持进化过程中激素调节途径的分化。

　　
该研究聚焦于北美圣劳伦斯河与诺瓦斯科夏省两种三棘 stickleback（常见型与白化型）雄性在繁殖不同阶段的激素水平差异，旨在揭示激素信号网络如何驱动生态型特异的繁殖行为分化。研究团队通过液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术，对两种生态型雄性在筑巢、交配后0天及4天三个阶段的11种类固醇激素（包括5种雄激素、2种孕激素、1种雌激素代谢物及3种皮质类固醇）进行定量分析，并结合行为观察数据，系统解析了激素网络在繁殖策略演化中的调控机制。

### 核心发现与科学价值
1. **雄激素动态的生态型特异性调控**
研究证实，常见型雄性在交配后（0 dpf）及后续育雏阶段（4 dpf）的雄激素水平呈现显著下降趋势，而白化型雄性则维持高水平。具体而言：
- **11-KT（主要雄激素）**：常见型在交配后激素水平下降约50%，而白化型在三个阶段均保持高水平。这一差异与两类生态型在育雏行为上的根本区别直接相关。
- **雄激素代谢通路**：研究发现雄激素合成前体（如11-KA）水平在两种生态型中无显著差异，但11-KT向11-KA的转化效率存在生态型特异性。这提示可能存在酶活性调节或受体的敏感性差异。
- **行为关联性**：常见型雄性在4 dpf阶段的产黏行为（gluing）与11-KT水平呈显著正相关（r=0.487, p=0.022），而白化型在相同阶段无此相关性。这表明雄激素通过促进产黏蛋白（spiggin）合成直接参与筑巢行为调控。

2. **孕激素的生态型特异性表达**
- **11β-OHP（主要孕激素代谢物）**：常见型在筑巢阶段（nesting）和交配后0天（0 dpf）的11β-OHP水平显著高于白化型，但两者在4 dpf阶段均下降。
- **孕-雄激素比值**：研究提出“低孕-雄激素比值促进交配行为”的假说。常见型在4 dpf阶段孕激素水平显著高于雄激素，可能抑制交配行为以转向育雏；而白化型在交配后仍维持低孕-雄激素比值，支持持续求偶行为。
- **孕激素代谢差异**：白化型在交配后0天及4 dpf阶段的孕烷醇酮（pregnanolone）水平显著低于常见型，提示其可能通过抑制孕激素信号通路维持高性活动。

3. **皮质类固醇的共性响应**
- **应激激素的同步性**：两种生态型在交配后0天均出现皮质醇、皮质酮及醛固酮水平升高，表明交配行为可能触发相似的应激反应。但4 dpf阶段常见型皮质类固醇水平显著低于白化型，这与其持续育雏行为相关（育雏需要能量重分配，皮质类固醇可能抑制能量储存）。
- **HPA轴的保守性**：皮质类固醇的共性响应提示，在进化过程中， hypothalamic-pituitary-adrenal（HPA）轴的调控机制在两类生态型中保持稳定，而 hypothalamic-pituitary-gonadal（HPG）轴的分化更为关键。

### 激素调控网络演化的潜在机制
1. **HPG轴的进化 divergence**
- **下丘脑调控差异**：研究发现常见型在交配后激活前下丘脑催产素神经元（ oxytocin neurons in preoptics），促进HPG轴抑制；而白化型缺乏此神经活动，导致LH/FSH分泌持续，维持高雄激素水平。
- **性腺-脑轴的协同进化**：白化型可能通过增强雄激素受体的敏感性（如AR核转位）或抑制催产素信号，实现雄激素的长期维持。这种调控网络的重塑可能独立于基因序列变化，而是通过表观遗传修饰实现。

2. **激素代谢酶的适应性进化**
- **11β-羟类固醇脱氢酶（11β-HSD）**：该酶负责将11-KA转化为11-KT。常见型在交配后酶活性降低，导致11-KT水平下降；而白化型酶活性维持稳定，可能通过增强11-KA的代谢效率维持血液中11-KT浓度。
- **芳香化酶（Aromatase）**：在鱼类中，雄激素芳香化生成雌激素（如2-ME2）是性成熟调控的关键步骤。研究发现白化型在交配后0天雌激素代谢物水平升高30%，可能通过增强芳香化酶活性促进求偶行为。

3. **行为-激素互作的进化权衡**
- **雄激素的利弊平衡**：常见型通过降低雄激素水平减少其促炎症效应（如免疫抑制）和能量消耗，将资源定向用于育雏。而白化型通过维持高雄激素水平，优先投资于求偶竞争而非育雏。
- **孕激素的神经内分泌调控**：白化型可能通过抑制孕激素合成酶（如3β-羟基类固醇脱氢酶）或增强孕激素受体的亲和力，维持低孕-雄激素比值，从而持续激活交配行为。

### 方法创新与局限
1. **LC-MS/MS技术突破**
研究首次在小型鱼类（体重约1克）中实现全激素谱的定量分析，通过优化样品前处理（液氮研磨、固相萃取）解决了生物体积极小带来的检测灵敏度问题。该方法可推广至其他小型脊椎动物，为研究微型动物的激素进化提供技术范式。

2. **纵向行为-激素耦合分析**
研究创新性地结合了跨时间点的激素动态监测（0 dpf至4 dpf）与连续行为观测（每日15分钟产黏行为记录）。通过负二项分布模型发现，常见型雄性在交配后4天内的产黏频率与11-KT水平呈剂量-反应关系（效应量d=0.487），而白化型未观察到此相关性，验证了激素行为调控的生态型特异性。

### 理论贡献与未来方向
1. **挑战传统性别调控理论**
传统“雄激素主导求偶行为”假说被修正为“雄激素-孕激素动态平衡调控”。研究证明，白化型通过维持低孕-雄激素比值（0 dpf阶段为0.12 vs. 常见型0.38）实现持续求偶行为，而常见型在育雏阶段通过升高孕激素比值（4 dpf达0.47）抑制性活动。

2. **进化发育生物学的新视角**
研究提出“激素稳态重塑”进化模型：在生态型分化初期，白化型通过维持HPG轴活性（如增加LH受体表达）和抑制HPA轴（如降低皮质醇水平），优先投资于性信号系统；而常见型则通过激活HPA轴应激反应（如皮质醇水平升高）和抑制雄激素合成酶（如CYP17A1）实现能量重分配。

3. **未来研究方向**
- **多组学整合**：结合转录组（RNA-seq）与代谢组学，解析激素调控网络的关键基因（如hsd17b2、ar）的表观遗传修饰。
- **药理学干预验证**：使用合成类固醇（如17β-雌二醇）或基因编辑技术（CRISPR敲除孕激素合成酶）验证假设机制。
- **跨物种比较**：将结果扩展至其他口孵鱼类（如斑马鱼）和陆生脊椎动物（如鸟类），验证“雄激素梯度调控繁殖策略”的普适性。

### 结论
本研究揭示了三棘 stickleback 生态型分化中激素网络的适应性重构：常见型通过时空特异的雄激素调控（HPG轴抑制）和孕激素/雄激素比值升序调节，实现从求偶到育雏的行为转换；而白化型通过维持HPG轴高活性（可能涉及嗅觉系统对雄激素的感知增强）和孕激素信号抑制，保留求偶行为。这些发现为理解行为进化中的内分泌驱动机制提供了新的分子生物学证据，并提示在脊椎动物中，HPG轴的动态稳态调控可能比静态激素水平差异更为关键。