科學家發(fā)現(xiàn)1億年前的精子，長度驚人還刷新了一項記錄！

作者：云?？破請F隊

審核：中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所 王賀博士

文章來源于科學大院公眾號（ID：kexuedayuan）

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中科院南京地質(zhì)古生物研究所聯(lián)合德國和英國的科學家在一枚緬甸化石中發(fā)現(xiàn)了迄今為止最古老的動物精子化石，可以追溯到一億年前的白堊紀中期。

一個巨型精子能有多長？

研究人員們在一塊僅0.676 g重的緬甸琥珀中發(fā)現(xiàn)了共計39只介形蟲，其中有31只都隸屬于同一個新屬新種Myanmarcypris hui。

研究涉及的琥珀樣品 (Wang et al., 2020)

這些介形動物保存的相當完好，研究人員們使用高分辨率顯微斷層掃描技術(shù)（顯微CT）對它們的內(nèi)部組織器官形態(tài)進行了還原。

Myanmarcypris hui 雌性個體三維重建動畫 (Wang et al., 2020)

研究發(fā)現(xiàn)在長眠于琥珀中之前，其中一只雌性剛剛經(jīng)歷了一次成功的交配。在它充盈的儲精囊中，研究人員們發(fā)現(xiàn)一團像毛線一樣糾纏在一起的巨型精子。這團精子的長度至少有0.2毫米，約為這只雌性介形蟲體長的三分之一。如果放大到人類的比例，就相當于一個人精子的長度達到57厘米，和一只成年的美國短毛貓差不多大。

Myanmarcypris hui 儲精囊中的巨型精子團 (Wang et al., 2020)

這個長度還是保守估計，因為琥珀中精子糾纏在一起，已經(jīng)不可能準確測量長度了。但這并不是已知的最長的精子。

一些可以產(chǎn)生巨型精子的現(xiàn)生介形動物甚至可以制造出遠遠超過體長的精子，有些可以達到體長的十倍以上。介形動物中目前已知最長的精子屬于南星介屬的Australocypris robusta，它的精子長度可以達到11.8 毫米，這是動物界中體積最大的精子，但依然不是最長的。

Australocypris robusta 的精子 (Smith et al., 2016a)

這些精子細胞包含細胞核在內(nèi)的眾多細胞器都被高度拉長，而且擰得像麻花一樣。

介形動物巨型精子結(jié)構(gòu)示意圖 (Smith et al., 2016b)

放眼整個動物界，已知最長的精子屬于二裂果蠅Drosophila bifurca，這種只有幾毫米的昆蟲可以產(chǎn)生長達5.8厘米的超長精子，超過了體長的20倍。換算成人類的比例那一個精子的長度就有接近40米，強度足夠的話，綁在腳上都可以拿來蹦極了，非常的恐怖。

二裂果蠅 Drosophila bifurca 的一個精子(Lu?pold et al., 2016)

當然了，果蠅的精子主要是尾巴有“億”點長，從體積上來看還是介形蟲的精子比較宏偉。

擁有巨型精子的動物長什么樣？

介形蟲是一類隸屬于介形綱的小型甲殼動物，在海水、淡水以及一些半陸棲環(huán)境中都十分常見。

現(xiàn)生介形動物 (Smith et al., 2017)

它們的身體被兩瓣貝殼一樣的外殼包裹，依靠觸角游泳，看起來像是會游泳的迷你貝殼。這類生物在奧陶紀就已經(jīng)出現(xiàn)，已知大約有七萬余種，但其中只有一萬三千余種是現(xiàn)存物種，其余都是化石。它們也是地層中最常見的化石節(jié)肢動物。

雖說常見，但大多介形蟲的化石都只保留了兩瓣堅硬的鈣質(zhì)外殼。而這塊琥珀卻近乎完美地保留了所有的器官，連軟組織都纖毫畢露，這是十分少見的，巨型精子的發(fā)現(xiàn)更是一個意外驚喜。

巨型精子的轉(zhuǎn)移大法

自然界中一夫一妻制極為罕見，一般無論雄性還是雌性動物都會和眾多個體進行交配。

在這種情況下雌性無論如何都可以保證自己的后代屬于自己，因而它們傾向于制造數(shù)量較少但投入較高的卵子，然后盡可能選擇優(yōu)秀的雄性交配。

但由于雌性可能和多只雄性交配，雄性是無法獲得上述保障的。面對成堆的“隔壁老王”，它們傾向于源源不斷地產(chǎn)生大量造價低廉的精子，更多的數(shù)量就有更大的幾率，更快的生產(chǎn)就代表可以隨意播撒，處處留情。總之它們試圖以量取勝。

這就導致了大多數(shù)動物傾向去產(chǎn)生造價低廉但數(shù)量眾多的小精子。

就人類而言，一個身高170厘米的成年男性，其精子算上尾巴的長度也不過50微米左右，肉眼無法觀察，34000個精子首尾相接才有一人高。更大的動物，比如大象和鯨魚，其精子的尺寸也差不多，甚至比人類的還小。

人類的精子（圖片來自維基）

所以，巨型精子其實是非常反直覺的。

如此龐大的精子會帶來一個顯而易見的問題，就是要怎么樣才能把這一大團麻線一樣的東西干凈漂亮的射出去。

介形動物有著非常特殊的生殖系統(tǒng)，雌性有兩個陰道，雄性也有著成對的半陰莖用于和兩個陰道對接。在交配時，雄性會用鉤爪狀的抱握器抓住雌性，并進行生殖器的對接。

Myanmarcypris hui 交配復原圖 (Wang et al., 2020)

在雄性介形蟲的體內(nèi)具有兩個復雜的結(jié)構(gòu)叫做曾克氏器（Zenker organ），也被稱為精子泵。這個結(jié)構(gòu)擁有相當夸張的外觀，它可以通過肌肉的收縮和液壓的作用將巨大的精子一個一個泵入雌性體內(nèi)，每次只能轉(zhuǎn)移一個巨型精子，因此其實叫做精子炮也不為過。

介形動物的曾克氏器（Zenker organ）外形非常的霸道 (Yamada & Matzke-Karasz, 2012)

本次研究中發(fā)現(xiàn)的琥珀十分完整的保留了化石介形蟲的整套生殖系統(tǒng)。經(jīng)過與現(xiàn)生介形蟲的對比，研究人員們發(fā)現(xiàn)二者極為類似，在一億年之中這套復雜的生殖方式幾乎沒有任何變化，這方面的演化似乎停滯了，但也一定程度上表明這是一種成功的繁殖策略。

Myanmarcypris hui 與現(xiàn)生介形動物結(jié)構(gòu)對比 (Wang et al., 2020)

巨型精子的“質(zhì)”勝之道

對于某些動物來說，精子進入體內(nèi)之后競爭才真正開始。

許多節(jié)肢動物擁有儲精囊這種結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)可以保證精子在其內(nèi)部存活，一個儲精囊可同時容納來自多個個體的精子，但只有少數(shù)幾個可以得到受精的機會。

體型更大的精子可以在儲精囊中占據(jù)更大的空間，從而排擠較小的精子，獲得更大的受精機會。此時，既然精子之間需要在雌性體內(nèi)進行硬碰硬的較量，質(zhì)就比量更重要了，這或許就解釋了為什么某些生物投入大量精力生產(chǎn)造價高昂的巨型精子。

“我們生來即是勝者”(Porrit & Jonathan, 1991）

最后拿一句雞湯文常用的話做結(jié)尾吧！

作為“小精子”陣營的人類，我們每個人生來都是優(yōu)勝者，那天，數(shù)以億計的精子奔向唯一的目的地，只有我們成功了。從這個角度說，我們本身就是奇跡。

參考文獻：

[1] Wang H, Matzke-Karasz R, Horne DJ, Zhao X, Cao M, Zhang H, Wang B. 2020. Exceptional preservation of reproductive organs and giant sperm in Cretaceous ostracods. Proc. R. Soc. B 287: 20201661.

[2] Matzke-Karasz R, Smith RJ, He M. 2016. Removal of extracellular coat from giant sperm in female receptacle induces sperm motility in mytilocypris mytiloides (cyprididae, ostracoda, crustacea). Cell & Tissue Research, 368(1), 1-16.

[3] Matzke-Karasz R, Smith RJ, Symonova R, Miller CJ, Tafforeau P. 2009 Sexual intercourse involving giant sperm in Cretaceous ostracode. Science 324, 1535.

[4] Smith RJ, Matzke-Karasz R, Kamiya T, De Deckker P. 2016a. Sperm lengths of non marine cypridoidean ostracods (Crustacea). Acta Zool Stockholm 97:1–17.

[5] Smith RJ, Matzke-Karasz R, Kamiya T. 2016b. Sperm length variations in five species of cypridoidean non-marine ostracods (crustacea). Cell & Tissue Research, 366(2), 483-497.

[6] Yamada S, Matzke-Karasz R. 2012. How is a giant sperm ejaculated? anatomy and function of the sperm pump, or "zenker organ," in pseudocandona marchica (crustacea, ostracoda, candonidae). Naturwissenschaften, 99(7), 523-535.

[7] Smith RJ, Zhai D, Savatenalinton S, Kamiya T, Yu N. 2017. A review of rice field ostracods (crustacea) with a checklist of species. Journal of Limnology.

[8] Pitnick S, Spicer GS, Markow TA. 1995. How long is a giant sperm?. Nature, 375(6527), 109-109.