據外媒報道，在大多數動物中，卵子比精子大得多。例如，在人類中，一個卵子的體積是一個精子細胞的1000萬倍。在一項新研究中，美國西北大學工程學院的研究人員發現，競爭和自然選擇推動了這種奇怪的大小差異。
利用數學模型，研究人員考慮了在進化的早期，原始物種使用外部受精進行繁殖的時間。在該模型中，較大的生殖細胞，或配子，具有競爭優勢，因為它們可以為潛在的子宮容納更多的營養物質。然而，較小的配子需要較少的資源，這給父母帶來的壓力較小。
美國西北大學麥考密克工程學院工程科學和應用數學教授、該研究的資深作者Daniel Abrams表示：“生物體要麼需要用最多的規定生產最大的配子，要麼需要用最小的配子來使用最少的資源。我們相信這種大小差異幾乎是不可避免的，基於對有性繁殖如何運作和自然選擇如何運作的合理假設。”
該研究報告在線發表於《理論生物學雜誌》。Abrams實驗室的博士生Joseph Johnson是該論文的第一作者。Abrams實驗室的本科生Nathan White和Alain Kangabire共同撰寫了這篇論文。
西北大學團隊的模型從同配生殖（isogamy）開始，這是有性生殖方式之一，在這種狀態下，所有配子的大小都大致相同，而且還不存在不同的性別。然後，該團隊開發並應用了一個簡單的數學模型，以顯示同配生殖是如何過渡到異配生殖的，在這種狀態下，配子要麼變得非常小，要麼變得相當大–這是今天與生物性別有關的精子和卵子的前身。
在該模型中，異配生殖的出現是為了在資源有限的環境中生存而產生的競爭。如果配子在尺寸上比它們的“鄰居”有優勢，它們就更有可能生存下來，這導致了一場有利於越來越大的配子的”軍備競賽”。但是，生物體如果不需要越來越多的資源，就不能產生許多性細胞。然而，它們可以通過生產大量的微小配子來節省資源。
“在進化的早期，當有性生殖出現時，配子是對稱的。但這是這種對稱性被打破的地方，”Abrams說。“我們最終會出現一些生物專攻大配子，而另一些生物專攻小配子。”
Abrams表示，一個仍然存在的謎團是為什麼一些同配生殖的物種今天仍然存在。例如，一些類型的藻類和真菌，要麼無性繁殖，要麼採用對稱的交配類型。
“關於異配生殖是如何出現的，一直到查爾斯-達爾文，都有不同的理論，”Abrams說。“進化生物學中的問題是很難檢驗的，因為我們只能研究今天的物種。我們無法看到它們在數十億年前是什麼樣子。使用數學模型可以產生新的見解和理解。”