北京時間6月29日消息，所有的精子都有着同樣的基本功能：使卵子受精。在一項新研究中，研究人員發現了精子的大小很重要，而且很大程度上是由雌性決定的。在一些物種中，雌性的體型微小，但它們得到的精子反而很大。
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精子細胞的大小千差萬別。例如，有一種寄生蜂——集盤絨繭蜂（學名：Cotesia congregata）——產生的精子只有不到1厘米的千分之一，而果蠅產生的精子具有長達6厘米的尾巴，緊緊地蜷曲在它們的體內。在這項新研究中，科學家對不同物種的精子大小進行了測量，並分析了導致這種差異的原因。
瑞典斯德哥爾摩大學的進化生物學博士后研究者愛莉爾·卡爾說：“有許多研究都提供了證據，表明自然選擇推動着不同物種產生了或大或小的精子，但我們想更進一步，尋找某種跨越物種的趨勢。”
愛莉爾·卡爾和她的同事們研究了3200個物種的數據，發現決定物種精子大小的一個原則是，生殖道較小的雌性會驅使雄性產生更大的精子，而在進化的時間尺度上，傳播精子的需要又會使精子變得更小。
具體而言，在大多數情況下，動物所使用的有性生殖方式有兩種。一種是體內受精的，攜帶養料的卵子位於它們的體內，這類動物包括哺乳動物、昆蟲和鳥類。相比之下，體外受精的動物會將它們的卵釋放到環境中，與環境中的精子接觸，聽天由命。這些物種通常生活在水中，如魚類和海膽等。在這兩種模式下，數量龐大的精子都在為使卵子受精而激烈競爭，但兩種模式也都有各自的挑戰，對精子的大小施加了難以置信的進化壓力。
愛莉爾·卡爾說：“我們發現體外受精的動物往往會產生非常小的精子，因為它們必須產生大量精子，才能使卵子受精。”通常情況下，體外受精的動物會將一團精子射入水中，而隨着精子的擴散，它們會被逐漸稀釋。因此，最好的策略是產生儘可能多的精子，以最大限度地增加至少有一個精子到達卵子的機會。由於動物用來製造精子的能量是有限的，因此不能承受產生（明顯超過必要程度的）更大精子所付出的代價。
體內受精的情況就完全不同了。“我們認為，對於體內受精而言，雌性的生殖道會影響精子之間的競爭，”該研究的合著者、斯德哥爾摩大學的生物學助理教授約翰·菲茨帕特里克說。在體內受精過程中，精子是在一個狹小的空間內發揮作用，它們與卵子的結合更像是一場“山中之王”的遊戲，而不是在“尋寶”。在這種情況下，更大的精子可能更有優勢，可以擠掉其他精子，無論它們是來自同一個父親還是不同的潛在父親。
“這些物種中，有些能產生巨大的精子，但如果產生的精子很大，其數量就不會太多，”愛莉爾·卡爾說，“這些雄性會將它們的精子捲成一團，然後送出去。”
除了體內受精和體外受精，研究人員還分析了另一種更為罕見的生殖方式——遠程受精（spermcasting）。這種受精方式就像是體內受精和體外受精的結合。例如，一隻河蚌可能會將精子噴射到溪流中，而這些精子會順着水流前行，直到被一隻固着的、正在濾食的雌性吸入體內。
菲茨帕特里克說：“遠程受精會出現稀釋效應，因為精子被噴射到水中，但當精子進入雌性體內時，它們會受到與體內受精物種相同類型的壓力，並在這種壓力下迅速進化。”然而，遠程受精的物種具有更小的精子，與體外受精物種的精子大小相似，可能是因為將精子射入水中會刺激產生更多的精子，從而迫使其變小。不過，一旦這些精子被雌性吸收，最終獲勝的往往是最大的精子。
儘管人類屬於體內受精的動物，但人類並不會產生巨大的精子。相反，人類精子的長度只有約0.005厘米，落在體外受精物種的精子大小範圍內。之所以如此，是因為體型較大的動物具有生殖道，使精子傳播的方式就如同體外受精一般。
生殖道越小，精子就越大。而對於果蠅來說，它們的生殖道就顯得十分局促。“果蠅的精子長度是它們體長的20倍，”愛莉爾·卡爾說道。他們的研究結果已經於6月21日發表在《自然-生態學與進化》（Nature Ecology & Evolution）雜誌上。