棕色寡妇蜘蛛交配策略大揭秘：“舍身” 与否对交配机制竟无影响

《Frontiers in Zoology》：Alternative mating tactics in brown widow spiders: mating with or without male self-sacrifice does not affect the copulatory mechanism

为探究棕色寡妇蜘蛛（Latrodectus geometricus）不同交配策略下的交配机制差异，研究人员通过对成年和未成熟交配的蜘蛛进行冷冻固定及 3D X 射线显微断层扫描。结果发现，交配机制并不因雄性是否 “翻筋斗”（somersault）而改变。这为理解蜘蛛交配行为进化提供了重要依据。

　　在神秘的蜘蛛世界里，交配行为充满了奇特与未知。棕色寡妇蜘蛛（Latrodectus geometricus）的交配现象更是令人着迷，其中雄性在交配过程中的 “翻筋斗” 行为，会触发雌性的性食同类现象，这一行为引发了众多疑问。在生物进化的长河中，这种看似对雄性不利的行为为何会存在？它对交配过程中的受精成功是否有着特殊意义？比如，它是否会影响精子转移的效率，或者改变精子在雌性体内的储存方式？而且，目前对于生殖器形态和交配行为之间的相互作用，科学界了解甚少，但这一关系对于成功交配和受精至关重要。为了深入探索这些问题，来自德国格赖夫斯瓦尔德大学（Zoological Institute and Museum; General and Systematic Zoology, University of Greifswald）、加拿大多伦多大学（Department of Biological Sciences, University of Toronto Scarborough）、捷克马萨里克大学（Department of Botany and Zoology, Masaryk University）以及阿根廷自然科学博物馆（Division of Arachnology, Museo Argentino de Ciencias Naturales—CONICET）的研究人员展开了一项研究。最终研究成果发表于《Frontiers in Zoology》。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，收集成年雌性棕色寡妇蜘蛛及其卵囊，将蜘蛛后代饲养至合适阶段用于实验。在交配实验中，对正在交配的蜘蛛进行冷冻固定（cryofixation），以便后续研究。之后，运用计算显微断层扫描（computed microtomography）技术，对蜘蛛生殖器进行扫描，再利用相关软件进行数据可视化和处理，重建生殖器结构，从而深入研究其交配机制。

研究结果

1. 雌性交配器官结构：晚期亚成年和成年雌性棕色寡妇蜘蛛都具有外部的交配器官（epigyne）以及内部的交配系统，包括交配导管（copulatory ducts）、受精囊（spermathecae）和受精导管（fertilization ducts）。未交配的晚期亚成年雌性的 epigyne 还被外骨骼覆盖，在最后一次蜕皮时会脱落。成年和晚期亚成年雌性的 epigyne 都是一个突出的硬化板，上面有一个心房（atrium），两个交配开口位于其中，每个开口连接着一条长长的、盘绕的交配导管，通向受精囊。
2. 雄性交配器官结构：雄性棕色寡妇蜘蛛的交配器官由短杯状的须肢胫节（pedipalpal tibia）、不对称的跗舟（cymbium）、复杂的生殖球（genital bulbus）等组成。生殖球包含多个骨片，如亚盾片（subtegulum）、盾片（tegulum）等，精子通过精子网从睾丸转移到生殖球内的盲管（spermophor），再由插入器（embolus）将精子转移到雌性受精囊中。embolus 长且盘绕，尖端附近有一个增厚部分，交配时会在此处断裂形成交配塞（mating plugs）。
3. 与成年雌性交配后的生殖器耦合：在与成年雌性交配且雄性翻筋斗的情况下，生殖球的骨片相互作用以实现交配时插入的结构稳定性。embolus 深深插入雌性交配导管，尖端到达受精囊后叶，厚基部压在心房下方区域，tegular apophysis 压在 epigyne 的尾唇状边缘，二者可能会挤压 epigyneal lip。conductor 的位置变化多样，部分位于心房外，部分位于心房内或刚在心房外，但 conductor 和 embolus 之间始终存在扣状连接。
4. 不同交配类型的生殖器耦合比较：与成年雌性交配后翻筋斗、未翻筋斗以及与未成熟雌性交配这三种情况下，交配机制几乎相同。pedipalp 近端部分（cymbium、subtegulum、haematodocha）的位置会因冷冻固定的样本对而略有不同，但与雌性发育阶段和翻筋斗行为无关。conductor 远端部分的位置也不受雌性发育阶段或翻筋斗行为的影响。
5. embolus 位置：在所有冷冻固定的样本对中，研究人员追踪了 embolus 的插入深度。结果发现，无论雄性是否翻筋斗，也无论与成年还是未成熟雌性交配，embolus 断裂的尖端都能到达受精囊后叶，且各组之间没有差异。

研究结论与讨论

研究表明，尽管棕色寡妇蜘蛛雄性在交配时身体位置因翻筋斗发生巨大变化，但交配器官的耦合机制并未受到影响，这说明翻筋斗行为并没有从插入深度和堵塞效率方面带来优势。在蜘蛛的交配行为中，交配姿势通常具有家族特异性，但在 Theridiidae 科内变化较大。棕色寡妇蜘蛛的插入模式与大多数 “Entelegynae” 蜘蛛一样是同侧插入，与其他一些 Theridiidae 科蜘蛛不同。其须肢胫节的形态可能为生殖器耦合时的角度提供一定灵活性，使得翻筋斗等特殊交配行为得以出现。

此外，棕色寡妇蜘蛛的交配机制存在多种互锁和支撑结构，如 cymbial hook 与 median apophysis 的 hood 相互作用，以及 conductor 和 embolus 基部的 “扣状” 连接，这些结构保证了交配器官的稳定连接。即使在雌性组织较软的未成熟交配情况下，也能成功实现生殖器耦合，且插入深度与成年交配时相同。

综合来看，本研究揭示了棕色寡妇蜘蛛交配机制的奥秘，表明翻筋斗行为的进化并非源于插入深度和堵塞效率的优势，可能与性食同类相关的精子储存和利用差异有关。这一研究为深入理解蜘蛛交配行为的进化提供了重要线索，也为后续研究不同交配策略的适应性价值奠定了基础。未来，通过精子竞争实验，进一步探究不同交配情况下的生殖成功率差异，将有助于更全面地揭示棕色寡妇蜘蛛的生殖奥秘。