團結就是力量 大精子也講“同鄉會”

2010年01月22日10:06  來源:《科學時報》

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  紅綠兩團精子分別來自於兩隻雄鹿鼠(小圖),從而証明了精子也能夠識別親屬。(圖片提供:Heidi Fisher﹔Evan Kingsly)

  當提到卵子的受精,大概每個精子都希望這個幸運的家伙就是自己。然而在那些雌性能夠迅速與多個雄性交配的物種中,精子能夠彼此勾連在一起——有時甚至多達數百個,從而在這場游泳比賽中勝過對手。研究人員如今利用實驗室小鼠証明,這些通力合作的精子能夠識別出與自己親緣關系最近的伙伴,並且更願意作為一個整體向著卵子推進。

  與其他精子攜起手來以便游得更快具有重要的意義,但也不是沒有風險。這一過程會引發一種化學反應,從而導致精子個體的不育。因此精子隻有與來自相同雄性的其他精子進合作,冒這樣的風險才有價值。研究人員之前曾假設,精子僅僅會與最近的鄰居連接起來,之所以有這樣的關系是因為它們是在同一時間進入生殖道的。然而精子有更好的方法來識別誰是誰嗎?

  美國哈佛大學的博士后Heidi Fisher將高度雜交的鹿鼠(Peromyscus maniculatus)與一夫一妻制的老田鼠(Peromyscus polionotus)的精子進了比較。她用熒光標注了精子,從而使其能夠分辨出每個精子都是來自於哪一個父親。在沒有其他雄性競爭的情況下,裝在培養皿中的老田鼠的精子會不加選擇地連接在一起。而鹿鼠的精子卻會慎重地選擇自己的搭檔——即便這些精子來自於兩個兄弟,它們也隻會選擇來自相同雄性的精子連接在一起。研究人員報告說,如果將兩種實驗鼠的精子混合在一起,那麼相同來源的精子就會利用其頭部的鉤狀物互相連接起來,協力向前游動,這樣一列“精子火車”的速度比單個精子要快約50%,3/4相同來源的精子都會加入這樣的隊列中。

  精子之間的互助行為還不止於此,在一列“精子火車”中,會有一些精子提前啟動與卵子進行反應的機制,這一行為會加速整個“列車”的速度,但是也會導致前者提前死亡。雖然最終隻有一個精子能與卵細胞結合,但如果是同一來源的精子勝出,一些精子的自我犧牲行為便體現了價值。Fisher指出:“無論識別因子是什麼,它都是極端易變的,就像指紋一樣。”她與哈佛大學的進化生物學家Hopi Hoekstra在1月21日的《自然》雜志網絡版上報告了這一研究成果。

  精子合作研究的先驅、英國謝菲爾德大學的生物學家Harry Moore表示,指紋或許具有一種遺傳學基礎。Fisher表示,下一步的工作將主要是識別與此相關的基因,以及關注精子是採取何種方式來進行彼此間的身份識別。

  在美國得克薩斯州休斯敦市賴斯大學從事黏液菌類協作研究的David Quellar認為,Fisher首先需要測試更多的嚙齒動物,以便搞清兩種小鼠的精子活動之間是否存在差異。但是“一旦得到証實,那麼這將是一個非常完美的發現,這是因為它將親屬的合作與親屬的識別延伸到了精子相互作用的范疇”。Quellar說:“如果微生物都能夠識別以及幫助親屬,精子為什麼不行呢?”

(責任編輯:王太拓(實習))
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