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求交往不如求合體?| 果殼 科技有意思

對于絕大部分生物而言,“人生”中最重要的事情就是繁殖了。就像大自然的多彩一樣,繁殖行為也復雜多樣,有時簡單得一目了然,有時又復雜得讓人難以捉摸。以現代人類而言,往往得從“求交往”開始。找到合適的另一半,需要想盡辦法搭訕、費盡心機溝通,然后還需要經過重重考驗之后,才有可能真正“發生些什么”。

情人節已經過去了一個星期,單身的朋友們是不是還在抱怨“求交往”太坑爹,希望直接“求合體”?這里,我們來介紹一些動物們的特殊“求合體”過程。不過需要說明的是,“合體”二字,可是貨真價實的字面意思哦。

角鮟鱇:傍老新娘的小新郎

說到鮟鱇你會想到什么?“西河豚,東鮟鱇”的美味?還是它們頭頂那根特化的“魚竿”?

不過這次我們要說的并不是遼寧、山東沿海魚市上經??吹降狞S鮟鱇(Lophius litulon)、黑鮟鱇(Lophiomus setigerus),而是一些同屬鮟鱇目(Lophioidei),但分屬角鮟鱇亞目(Ceratioidei)的成員。這些角鮟鱇們活動于成百上千米深、暗無天日的大洋深處,那里食物匱乏,“魚口”稀少,因此別說求交往,碰見另一只同類都很困難。為了延續自己的種族,它們中的一些成員發展出了一套奇特的繁殖方式。


形態各異的角鮟鱇亞目成員。圖片來源:Tree of life web project

早在19世紀,隨著深海捕撈業的發展,一些深?;顒拥慕酋c鱇被捕撈了上來。動物學家們對這些奇形怪狀的魚類進行研究時發現,捕撈上來的這些角鮟鱇,性別比例嚴重失調——絕大多數都是雌魚,有的種類居然一條雄魚都沒有發現,而發現的這些雌魚,有不少身上還長有奇怪的寄生物。直到20世紀20年代,人們才驚奇地發現,原來這些寄生物,竟然是這些角鮟鱇的雄性個體[1]!這一發現引起了人們的極大興趣,于是對角鮟鱇們的繁殖過程進行了艱苦而詳細的研究。


黑絲角鮟鱇(又叫黑樹須魚)Linophryne bicornis(左)和約氏黑角鮟鱇Melanocetus johnsonii(右)的雌性個體。可以看到在其下部有小的寄生雄性個體。圖片來源:Tree of life web project

角鮟鱇在產卵后,卵會漂浮到海洋表面進行孵化。幼魚孵化出來之后,就開始游向深海。在這時,雌雄個體就踏上了不同的生長道路。雌魚進入深海,身體開始變態發育,長出吻觸手來進行攝食,體型逐漸長大;雄魚則天生具有發達的視覺器官或嗅覺器官,在深海中能夠敏銳地觀察到雌魚吻觸手內寄生細菌發出的光芒,或者追蹤到雌魚釋放的信息素。一旦找到雌魚,雄魚就一口咬住雌魚的皮膚,用吻部和頜部兩根特化的棘刺穿雌魚皮膚,同時頜部及吻部上側開始變態發育,和雌魚皮膚融合,最終使得自身牢牢黏附在雌魚上[2]。在完成“合體”之后,雄魚的消化系統及神經系統逐漸退化,身體萎縮,只留下了發達的生殖系統,終身依靠雌魚的營養維持生存,并為雌魚這張“終身飯票”時刻準備著所需的精子。當然,茫茫大海,找到一條雌魚是十分困難的事情,因此,雄魚也都顧不上挑選,傍上一條是一條——因此出現一條雌魚身上寄生若干條雄魚的現象也時有發生。而那些沒能在第一時間內找到雌魚的雄魚,命運只能是悲慘地死去了。


一條雌性大棘新角鮟鱇Neoceratias spinifer和寄生其上的雄魚(左),可以看到雄魚已經和雌魚融為一體(中)。右圖則顯示了雄魚寄生的形態。圖片來源:Tree of life web project,Solvin Zankl

這種雄性體外寄生機制還存在很多有趣的謎題需要人們探索。例如,關于雄魚如何獲得雌魚營養就有兩種觀點:一種認為雄魚和雌魚的循環系統直接聯系在一起,而另一種觀點則認為雄魚和雌魚間依靠一種類似胎盤的機制進行營養交換。此外,免疫、信息追蹤等也是需要繼續研究的方向。

綠叉螠:不成孤雌,便為附雄

綠叉螠(Bonellia viridis)與外形毫無節操的美味食材單環刺螠同屬螠蟲動物門(Echiura),只是二者分屬不同的科——后者屬于刺螠科(Urechidae),而前者屬于叉螠科(Bonelliidae)。和單環刺螠一樣,綠叉螠也喜歡潛伏于海底的泥沙之中。不過,與單環刺螠明顯不同的是,綠叉螠有一個分叉的、極長的吻:它們的體長還不到十厘米,可是吻的長度可達近一米。利用這一長吻,綠叉螠可以安全地躲在泥沙之下,只需伸出長長的吻就可以掃蕩相當大的一片區域了。


綠叉螠具有一條長近1米的長吻。左圖中,綠叉螠身體躲在泥沙中,僅伸出吻覓食。右圖是綠叉螠的真身。圖片來源:plingfactory.de,flickr

人們很早就了解到螠蟲動物都是雌雄異體的,例如單環刺螠就有雌雄個體之分。然而,綠叉螠卻有些異樣——居然找不到雄性個體。難道是雌雄同體的特例?可是雌性個體的解剖卻又只能觀察到卵巢,而找不到精巢。隨著研究的深入,科學家將目光集中在了在雌性體腔或腎管內一些一厘米左右長的附屬物上。經過鑒定,人們發現,這些不起眼的附屬物居然就是人們尋找已久的雄性個體。這些雄性個體寄生在雌性的體腔和腎管內,除生殖系統外,其他系統均退化消失,完全由雌性供給營養而生存。綠叉螠的雌雄體型比例差異之大令人咂舌,雌性重量可以達到雄性的數萬倍以上。可以說,綠叉螠是地球已知生物中雌雄重量差異最大的物種之一了。


綠叉螠的雌性個體大小差異極大。注意圖中右側的黑點,代表了雄性個體的實際大小。圖片來源:fr.academic.ru

隨著對綠叉螠生活史的進一步研究,又發現了這種動物生活的奇異之處。在孵化后,幼蟲實際上是不分雌雄的。當這些幼蟲隨著水流散布在海底時,它們的命運基本上是由它們所遇見的人決定的:如果形單影只,那么幼蟲就將逐漸發育為體圓吻長的雌蟲;而如果被雌性個體的吻吸附住,那么它們將被送入口道,一路運送到體腔或腎管內,在激素的刺激下發育為雄蟲,成為了雌體內的一部“精子制造機”[3]。一般來說,一只雌性綠叉螠可以與多達十余個雄性“合體”,這些“上門女婿”寄生在雌性體內,相比于那些辛苦打洞的單環刺螠丈夫們,既得到了保護又不用自己覓食。不過,為了這種養尊處優而放棄了自由的生活,又有多少人愿意呢?

鎧茗荷:遠親不如近“合”

在淺海地帶生活的管狀水螅管壁上,常常附著生活有一類小型動物。它們有著幾丁質和石灰質的外殼,這些外殼組成兩瓣,它的身體就位于其中,并伸出一個肉質的柄吸附在基質上。這就是鎧茗荷(Scalpellum sp.)。粗粗看去,它好像是一種軟體動物。但當它伸出網一般的觸手時,就會發現它和軟體動物截然不同。事實上,鎧茗荷和它附著在海濱巖石上的近親藤壺、龜足等一樣,是一種甲殼動物。和常見的蝦蟹不同,它們行固著生活,頭胸部被厚實的甲板包被,靠伸出足部覓食浮游生物。由于這些動物都具有纖長而卷曲的觸手狀足,因此它們被統稱為蔓足類(Cirripedia)。


蔓足類的代表物種:藤壺、鎧茗荷、龜足。圖片來源:wiki commons,www.seawater.no,flickr

早在18世紀,達爾文在研究蔓足動物時發現,鎧茗荷科的成員有三種主要性別模式,分別是雌雄同體、雌雄同體和補充雄體、雌雄異體。在之后的研究中人們發現,在非雌雄同體的種類中,雄性個體都表現出了寄生于雌體體內的這一特性。

固著生活的個體是一般是雌雄同體的——它們即具有卵巢,也具有精巢。值得一提的是,它們還擁有世界上相較體型而言最長的陰莖。這可以使得固著生活的它們可以將精子輸送到周圍的個體體內,完成受精過程。但由于它們需要異體受精,因此產生一個問題:這種受精方式只有在一個社群存在的情況下才能進行,而對于過于稀疏的群體來說,就“鞭長莫及”了。

不過,鎧茗荷自有解決方式。鎧茗荷的一些幼蟲接觸到管水螅的管壁等基質時,具有腺體的足便黏附其上,變態發育為一個雌雄同體的成體。而另一些幼蟲則會被已經長成的成體所吸引,集中并吸附在成體外殼的邊緣,然后迅速脫去介殼,深深鉆入成體的外套腔中,并發育為一個雄體[4,5]。這樣的“合體”,就能夠使得一個稀疏的群體甚至單獨的個體得以完成繁殖任務。


鎧茗荷的幼蟲若附著在基質上,那么就會發育為雌雄同體個體,而進入成體則發育為雄體(左上)。右上圖中可以看到聚集在成體邊緣的幼蟲,有的已經變態發育為雄性個體。下圖中,可以看到一個幼體鉆入了成體體內。圖片來源:[4],[5]

隨著分布深度的增加,鎧茗荷雌雄同體的情況越來越少,而雌雄異體的情況卻在增加,并且,分布越深,一個雌體上往往寄生的雄性越多[6]。對于這一現象的產生目前有幾種假說,但總之都是對深海生活的適應。

交往不易,只能合體

相信細心的讀者一定發現了,這些真正的“合體交配”都是對極端環境如深水、活動性差等極端情況的適應。在茫茫深海,要找到自己的另一半,簡直如同在谷堆中尋針。因此一旦遇到異性,就必須牢牢抓住“交往”機會,而這時立即“合體”往往是提供可靠、長期繁殖機會的最有效方式。

而且我們也不難發現,這些“合體”了的雄性個體遠小于雌性個體,在生物學上這有個專門的名稱叫做“矮雄”。不止是這些“合體動物”,蜘蛛和一些頭足類也具有矮雄現象[7]。之所以出現這種現象,很可能是因為雌性的生殖資源更寶貴,產生卵需要耗費更多能量,因此必需要保證雌體的營養供給,并確保盡可能多的雌性個體擁有繁殖機會,這樣才能最大程度的延續種族。因此在極端環境下的物種,雌性一般個體較大,并有較好的捕食功能,而雄性個體只需要找到雌體并提供生殖細胞即可。

所以,作為生活在適宜環境下的,高度活動的人類而言,你真的還是一心只想“求合體”嗎?

參考文獻

  1. Regan CT. Dwarfed males parasitic on the females in oceanic angler-fishes (Pediculati Ceratioidea). Proc. R. Soc. Lond. B, 97:386–400
  2. Munk O. Histology of the fusion area between the parasitic male and the female in the deep-sea anglerfish. Neoceratias spinifer Pappenheim, 1914 (Teleostei, Ceratioidei). Acta Zool., 81(4):315–324
  3. Jaccarini V, AGius L et al. Sex determination and larval sexual interaction in Bonellia viridis Rolando (Echiura: Bonelliidae). J. Exp. Mar. Biol. Ecol.66(1):25–40
  4. Svane I. Sex determination in Scalpellum scalpellum (Cirripedia: Thoracica: Lepadomorpha), a hermaphroditic goose barnacle with dwarf males. Mar. Biol.90(2):249–253
  5. Spremberg U, H?eg JT et al. Cypris settlement and dwarf male formation in the barnacle Scalpellum scalpellum : A model for an androdioecious reproductive system. J. Exp. Mar. Biol. Ecol.422–423:39–47
  6. Buhl-Mortensen L & H?eg JT. Reproduction and larval development in three scalpellid barnacles, Scalpellum scalpellum (Linnaeus 1767), Ornatoscalpellum stroemii(M. Sars 1859) and Arcoscalpellum michelottianum (Seguenza 1876), Crustacea: Cirripedia: Thoracica): implications for reproduction and dispersal in the deep sea. Mar. Biol., 149(4):829–844
  7. Vollrath F. Dwarf males. Trends Ecol. Evol., 13(4):159–163
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