团结就是力量 大精子也讲“同乡会”

2010年01月22日10:06  来源:《科学时报》

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  红绿两团精子分别来自于两只雄鹿鼠(小图),从而证明了精子也能够识别亲属。(图片提供:Heidi Fisher;Evan Kingsly)

  当提到卵子的受精,大概每个精子都希望这个幸运的家伙就是自己。然而在那些雌性能够迅速与多个雄性交配的物种中,精子能够彼此勾连在一起——有时甚至多达数百个,从而在这场游泳比赛中胜过对手。研究人员如今利用实验室小鼠证明,这些通力合作的精子能够识别出与自己亲缘关系最近的伙伴,并且更愿意作为一个整体向着卵子推进。

  与其他精子携起手来以便游得更快具有重要的意义,但也不是没有风险。这一过程会引发一种化学反应,从而导致精子个体的不育。因此精子只有与来自相同雄性的其他精子进合作,冒这样的风险才有价值。研究人员之前曾假设,精子仅仅会与最近的邻居连接起来,之所以有这样的关系是因为它们是在同一时间进入生殖道的。然而精子有更好的方法来识别谁是谁吗?

  美国哈佛大学的博士后Heidi Fisher将高度杂交的鹿鼠(Peromyscus maniculatus)与一夫一妻制的老田鼠(Peromyscus polionotus)的精子进了比较。她用荧光标注了精子,从而使其能够分辨出每个精子都是来自于哪一个父亲。在没有其他雄性竞争的情况下,装在培养皿中的老田鼠的精子会不加选择地连接在一起。而鹿鼠的精子却会慎重地选择自己的搭档——即便这些精子来自于两个兄弟,它们也只会选择来自相同雄性的精子连接在一起。研究人员报告说,如果将两种实验鼠的精子混合在一起,那么相同来源的精子就会利用其头部的钩状物互相连接起来,协力向前游动,这样一列“精子火车”的速度比单个精子要快约50%,3/4相同来源的精子都会加入这样的队列中。

  精子之间的互助行为还不止于此,在一列“精子火车”中,会有一些精子提前启动与卵子进行反应的机制,这一行为会加速整个“列车”的速度,但是也会导致前者提前死亡。虽然最终只有一个精子能与卵细胞结合,但如果是同一来源的精子胜出,一些精子的自我牺牲行为便体现了价值。Fisher指出:“无论识别因子是什么,它都是极端易变的,就像指纹一样。”她与哈佛大学的进化生物学家Hopi Hoekstra在1月21日的《自然》杂志网络版上报告了这一研究成果。

  精子合作研究的先驱、英国谢菲尔德大学的生物学家Harry Moore表示,指纹或许具有一种遗传学基础。Fisher表示,下一步的工作将主要是识别与此相关的基因,以及关注精子是采取何种方式来进行彼此间的身份识别。

  在美国得克萨斯州休斯敦市赖斯大学从事黏液菌类协作研究的David Quellar认为,Fisher首先需要测试更多的啮齿动物,以便搞清两种小鼠的精子活动之间是否存在差异。但是“一旦得到证实,那么这将是一个非常完美的发现,这是因为它将亲属的合作与亲属的识别延伸到了精子相互作用的范畴”。Quellar说:“如果微生物都能够识别以及帮助亲属,精子为什么不行呢?”

(责任编辑:王太拓(实习))
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