雄性生殖器頂端的幾百根刺,成了雌性挑選配偶的標準

雌雄豆象之間的交配看上去是一種典型的性別對抗,但最新研究發現事實並非如此。人們往往會以很特殊的方式描述豆象(一種鞘翅目昆蟲)的交配行為:雄性掌握着演化之路的方向盤,它不幸的配偶不情願地跟隨在旁。

雄性生殖器頂端的幾百根刺,成了雌性挑選配偶的標準

雄性豆象的生殖器。圖片來源 :Johanna R ö nn, Department of Animal Ecology, Uppsala University。  CC BY-SA 1.0 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6398807

來源 The Atlantic

作者 Katherine J。 Wu

翻譯 管榕

編輯 魏瀟

其實,只要看一眼這種昆蟲的生殖器,就不難看出這種說法的原因。雄性豆象的生殖器頂端有數百個鋒利堅硬的刺,使它看起來像一根精心製作的狼牙棒,這種可怕的尖刺使雌性的生殖道覆滿了刺傷和擦傷。這正如瑞典烏普薩拉大學(Uppsala University)的生物學家 G ö ran Arnqvist 所說,這會留下“相當大的傷痕”。

這些扎人的刺對雄性生殖有利,因為這種長刺往往可以產下更多後代。但是雌性通常要忍受來自多個配偶的刺入,這種巨大的傷害會限制雌性的產卵能力,或導致悲慘的早死。

雄性生殖器頂端的幾百根刺,成了雌性挑選配偶的標準

X 射線微型計算機斷層掃描下的四紋豆象交配時的生殖器。圖片來源:X-ray micro-CT scanning reveals temporal separation of male harm and female kicking during traumatic mating in seed beetles。 https://doi.org/10.1098/rspb.2017.0550

為了防範這些危險,雌性演化出了自己的“防禦武器庫”,其中包括增強的免疫系統、快速的傷口癒合能力和極其厚實的生殖道,確確實實地做好了準備。在四紋豆象(Callosobruchus maculatus)種群中,雌性生殖道的厚度似乎隨雄性陰莖刺的長度逐漸增加。這像一種生殖器的軍備競賽,研究人員稱之為性別對抗下的協同進化(sexually antagonistic coevolution)。這種協同進化似乎是一種應對有害行為的典型敘事和權宜之計 。Arnqvist 告訴我:“雄性演化出對自身有利,但對雌性不利的生物特徵,所以雌性要適應這種演化。”(在這場演化的對抗賽中),雄性向前猛衝,雌性左右抵擋,帶動整個物種跋涉向前。

但研究昆蟲多年的 Arnqvist 認為是時候重構這種看法了。他和同事們一直在努力量化雌性從這種演化中獲得了什麼,以及如何從擁有最可怕“裝飾”的雄性那裡收穫一些好處。他們在一篇最新的論文中指出,雌性演化的動機不僅僅是為了避免雄性造成的傷害,還是為了吸引擁有更大生殖器的追求者。Arnqvist 說:“我們過去的想法太簡單了。”上個月,他在《英國皇家學會會刊 B 輯》(Proceedings of the Royal Society B)上發表了這些新發現。

為了研究陰莖刺對雌性豆象的影響 ,Arnqvist 的團隊不得不實時操縱這些昆蟲們的演化。他們知道,遺傳基因在(陰莖刺的)長度方面起着很大的作用。因此,他們小心翼翼地培育了兩組豆象,將陰莖刺過長或過短的雄性區分開來,直到這兩類雄性豆象分別形成兩個“特點分明”的種群,然後讓它們與配偶結合。

Arnqvist 說,與長刺雄性交配的雌性肯定會受到一些內部創傷,這是不可避免的。但是它們的雄性後代會被賦予更大、更多的尖刺,這會間接地幫助雌性的基因延續下去。它們的雌性後代同樣也繼承了大量寶貴的身體特徵——它們會演化出更膨大的身體,並會在生命結束前產下更多的卵。

雄性生殖器頂端的幾百根刺,成了雌性挑選配偶的標準

雌性四紋豆象。圖片來源 :limbatus – Callosobruchus maculatus female (scanned 35 mm slide) Uploaded by Richard001, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid = 11695685

當然,尋找高質量的雄性來孕育高質量後代的這種概念並不新鮮。但是當雌性必須在生殖器受傷的直接成本和優秀後代的最終利益之間進行權衡時 ,Arnqvist 團隊的這項研究增進了我們對雌性豆象應對這種“胡蘿蔔加大棒”式演化的理解。來自美國匹茲堡卡內基自然歷史博物館(Carnegie Museum of Natural History)的昆蟲學家 Ainsley Seago 告訴我:“你可以(在雌性的演化中)看到來自不同方向的角力。”來自德國基爾大學(University of Kiel)的動物學家 Yoko Matsumura (沒有參與該研究)則表示,這兩種相互競爭的(演化)壓力在不同的時間尺度上發揮着作用,但它們帶來的好處是延續性的。雌性通過與高質量雄性的基因結合,來幫助自己的基因繼續遺傳下去。

對於那些與長刺雄性交配的雌性來說,它們甚至還可能獲得一些即時的好處 。Arnqvist 的團隊發現,與長刺雄性交配的雌性一生中會比只與短刺雄性交配的雌性產下更多的卵。這些長刺雄性可以更好地刺入雌性的血淋巴(hemolymph),後者相當於昆蟲的血液,會圍繞生殖道進行循環。這意味着精子會隨着血淋巴流入雌性體內,令其懷孕。這種長刺基因還可能產生質量更高的精液。這種含有多種成分的液體重量可達雄性體重的 8%, 按比例計算,這相當於人體中全部血液的重量。雄性豆象的精液還富含數百種化學成分,其中許多成分被認為可以提高雌性的產卵量,或為雌性身體提供急需的營養(在豆象發育成熟后,它們會停止進食,只專註於交配)。

到這裡,雌性豆象的一生仍然稱不上是一個幸福故事。但是,澳大利亞西澳大學(University of Western Australia)的進化生物學家 Blake Wyber 說,這些發現或許可以使雌性豆象的命運看上去不再那麼凄慘 。Wyber 沒有參與上述研究。他指出,Arnqvist 和其團隊的研究結果也有助於將重點放在雌性視角上,這是動物交配研究中普遍缺乏的做法。Wyber 和他的同事們正試圖對他們自己的豆象種群做類似的觀察,希望使用新技術測量雌性的生殖道是如何隨着時間推移而發生變化的,也許還能比較不同個體之間的差異 。Wyber 告訴我:“這代表着雌性的命運並不悲慘。它們能夠從這種情況中得到收益,並不只是被雄性利用。”美國曼荷蓮學院(Mount Holyoke College)的進化生物學家 Patricia Brennan 沒有參與這項研究,她認為這個結論“完全是你所期望的”。她告訴我,如果雌雄雙方無法從中得到好處,“那麼這種交配方式為何得以續存?”

Arnqvist 和其他人認為,這種演化方式還可以在其他存在性別對抗的物種中得到映照。比如雄性臭蟲(Cimex lectularius)會用它們的軍刀般的生殖器官刺入雌性的腹部,並在其傷口中授精;在鴨子的交配過程中,雄鴨形如開瓶器般的螺旋式陰莖會從體內爆發出來 。Brennan 的研究集中在鴨子的交配方式上,她的研究展示了雌鴨如何迫使雄鴨避開自己的生殖器。為抵抗不受歡迎的雄性陰莖,雌鴨演化出了充滿曲折、轉彎和盲道的迷宮式陰道( Matsumura 正在研究另一種雌性昆蟲,它的陰道也是同樣賣弄風情地在體內盤繞着)。另一方面,雄性也爭先恐後地加長並改良它們的陰莖,希望能跟上對方的步伐。

雌性豆象也有令人欽佩的防禦策略來確保自己的主導權。它不想交配的時候,會全速跑離雄性 (Arnqvist 告訴我,完成自己的第一次交配之後雌性會更加堅決地離開),並且會不耐煩地踢走那些試圖來嘗鮮的色狼。在面對自己“充滿暴力的性生活”的命運時,它同樣還是自己“蟲生”的主人:在雌性的生殖道上有一排小牙齒,似乎可以刺穿陰莖上沉積的精子和精液,促進高營養物質不斷湧出。在雌性豆象蜿蜒曲折的交配道路上,她們也握住了命運的方向盤。

雄性生殖器頂端的幾百根刺,成了雌性挑選配偶的標準

四紋豆象交配時的X 射線微型計算機斷層掃描成像。圖 C 是雌性豆象生殖道中的“牙齒”放大圖。圖片來源:X-ray micro-CT scanning reveals temporal separation of male harm and female kicking during traumatic mating in seed beetles.https://doi.org/10.1098/rspb.2017.0550

參考來源:

https//www.theatlantic.com/science/archive/2021/07/seed-beetle-sex/619369/