你沒聽過的精液用途:能防天敵,甚至可能延長壽命

2022年05月04日09:00

  葉片上的Hemiandrus pallitarsis沙螽(圖片來源:Darryl Gwynne/University of Toronto)

  多年以後,面對昆蟲性選擇的話題,行為生態學家達里爾·格溫(Darryl Gwynne)將會回想起他第一次在親戚家看到沙螽交配的那個遙遠的下午。

  撰文 | 二七

  審校 | clefable

  吸引了格溫注意力的是一種沙螽,拉丁名為Hemiandrus pallitarsis。它屬於直翅目,主要生活在新西蘭,外形類似我們熟悉的蟋蟀(同屬於直翅目)。二十多年前,格溫第一次在親戚的花園里第一次觀察到了這種沙螽的交配行為,就被深深地吸引了:格溫發現雄性沙螽會額外準備一些精液,作為“禮物”放到雌性的腹部。

  在交配前,成年的雄性沙螽和雌性沙螽會在葉片上敲擊腹部,這個行為的意思是“我準備好交配了”。交配時,兩隻沙螽頭對頭、尾對尾地“摞”在一起,雄性在下,雌性在上。

  非常特別的是,雌性沙螽的腹部有一個突出的結構,格溫稱之為“第二生殖器”。雙方開始交配時,這個“第二生殖器”就會勾住雄性生殖器的根部。這不會影響雄性生殖器末端的“正常”交配。但是,當雄性順利完成交配,伸長的生殖器從雌性生殖道中拔出後,卻會被“第二生殖器”固定,無法立即離開。

  此時,雄性會將生殖器的末端向前彎到雌性腹部的側面,留下兩個粘稠的“水滴”作為“結婚禮物”,雌性才會放雄性離開。這些作為“禮物”送上的精液並不含有任何精子。對雄性來說,這可以避免浪費寶貴的精子;而對雌性來說,這些精液富含大量蛋白質。交配後,雌性會將這些精液拉進嘴裡,迅速吃掉。

  格溫相信,雌性要靠這些精液來支撐接下來6個月的生存——她將鑽入地下,產卵並精心孵化。在此期間,為了時刻守護在後代身邊,雌性將不會攝入任何食物。支援它生產、孵化的全部營養物質,都來自雄性留下的精液。

  交配完成後,雌性迅速吃掉了雄性留下的精液,圖中SPX所指即為雄性在雌性腹部一側留下的精液。(圖片來源:D。 T。 Gwynne, 2005)

  防禦天敵

  這種沙螽並不是唯一一種拓展了精液用途的生物,事實上,許多昆蟲都會將精液作為“結婚禮物”,這些精液的效果也不僅僅是補充營養,有的可以保護後代,有的甚至可能延長雌性的壽命。

  比如,另一種鞘翅目的昆蟲——赤翅甲科的Neopyrochroa flabellata就會在精液中加入一種化學武器“斑蝥素”。在歐洲,傳說中的“催情秘藥”——“西班牙蒼蠅”(Spanish Fly)就是斑蝥素。不過據記載,使用這種“秘藥”的人雖然的確能勃起一段時間,但也伴隨著非常劇烈的疼痛,根本無心顧及其他。

  事實上,斑蝥素是一種具有相當強毒性的化合物,攝入10毫克就能夠殺死一個成年人。但這種毒物卻成了赤翅甲蟲的有效武器,雄性甲蟲會專門吞食含有斑蝥素的獵物,並通過精液將斑蝥素傳遞給雌蟲。再由雌蟲在生殖時傳遞給卵,作為保護下一代的“保護殼”。

  “西班牙蒼蠅”其實指的是一種鞘翅目芫菁科的昆蟲(Lytta vesicatoria)。再次提醒:斑蝥素有劇毒,所謂的“催情”功效實際是斑蝥素的中毒症狀,請勿隨意使用。(圖片來源:Franco Christophe/wikipedia)

  研究顯示,有斑蝥素的卵更不容易受到天敵的攻擊。雄蟲甚至會專門在頭部提供少量斑蝥素的“試吃”,在交配前,雌蟲會在雄蟲的頭部品嚐這一點點斑蝥素,借此判斷雄蟲的“資本”。

  交配的代價

  如果說赤翅甲蟲的雄性精液禮物是借雌性之手送給後代,那麼豆象的禮物就更像是為了討好雌性了。研究者發現,許多豆象的精液中除精子外,還含有種類豐富的營養物質,會隨射精一起提供給雌性豆象。

  以豆象科中最有名的四紋豆象(Callosobruchus maculatus)為例。四紋豆象常出生在大豆內,以豆子為食,一旦成年,就不再需要攝入額外的食物或水分,只“一心一意”繁殖後代。

  在這種情況下,雌性要如何保證自身產卵時的營養和水分供應呢?也是要靠雄性的精液。雄性豆象會將大量的水分和營養物質集中到精液內,在交配時一起提供給雌性。昆蟲學家估計,雄性首次射精的量可以達到自身體重的6%-10%,其中大部分都是水分和營養物質——這著實是一份大禮。

  說實話,如果你見到過雄性豆象的生殖器,就會知道這份“結婚禮物”拿得著實不容易。雄性豆象的生殖器頂端長有數百根堅硬的刺,接受這樣一根生殖器絕對會給雌性帶來不少創傷。但即使在這樣的情況下,雌性依然願意接受交配,或許正是“結婚禮物”的功勞。

  2009年的一項實驗就發現,如果在四紋豆象性成熟後依然人為提供糖分和水分,那麼相比那些“有吃有喝”的雌性,營養匱乏的雌性更傾向於接受配偶的交配請求,並且接受的速度也更快。不僅從雌性的選擇上能看出禮物的份量,還有研究發現,四紋豆象中完成更多次交配的雌性,也會產下更大的卵,從而孵化出更強壯的後代。甚至在雌性首次交配後,壽命平均延長了2%-4%。研究者提出,也許是精液提供的營養抵消了雌性傷口癒合和繁殖過程的消耗。

  另一種演化機制

  對我們來說,這些昆蟲的繁殖“小技巧”或許只能看個樂子,但對於演化學家來說,這些天賦異稟的昆蟲能夠幫助他們討論一個重要的話題:性選擇。在著名的《物種起源》問世十多年後,達爾文出版了另一本著作——《人類的由來及性選擇》。就是在這本書中,達爾文提出了一種獨立於自然選擇的演化機制,那就是性選擇。

  通常來說,卵子的數量相比精子更少,並且繁殖對雌性是一項成本高昂的投入,因此雌性往往更有“選擇權”:例如在鳥類中,雄性需要依靠美麗的外觀或花里胡哨的求偶動作,向雌性展示自己的魅力;雌性往往也會偏好有特定特徵的雄性——比如那些顏色最為鮮豔或是鳴叫最為響亮的個體。

  但在這些有著“結婚禮物”傳統的物種中,雄性生產精液的成本變得極為高昂,而雌性獲得精液的收益又很大。在這樣繁殖成本反轉的情況下,雌雄雙方在性選擇中的身份也會反轉嗎?

  答案是:很有可能。格溫和多倫多大學的同事傑西卡·布朗(Jessica Browne)做了一個實驗。他們收集了58名雌性沙螽,並通過它們儲存精子的DNA,來判斷其“交配史”。數據顯示,“雄性可能更喜歡與第二生殖器較長的雌性交配,因為這表明它們質量更高,能夠更好地孵化,從而撫養出更多的後代。”,格溫表示,“具有較長第二生殖器的雌性也可能能夠更好地固定住雄性,並延長交配時間,以獲得更多的精液禮物。”這項研究已發佈於BioRxiv預印本網站上(未經過同行評議)。

  格溫得到了令他欣喜的研究結果,但對雌性沙螽來說,她將迎來一個“不幸”的結局。“雌性在不吃東西並致力於照顧後代的6個月裡並沒有得到太多個人的回報。一旦後代孵化出來,雌性就會立即死亡。”布朗介紹道,“對這些沙螽來說,如果孵化的後代低於50只,將是一個巨大的犧牲。”

  封面來源:Unsplash

  參考鏈接:

  https://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev.ento.53.103106.093423

  https://www.newscientist.com/article/2314636-female-weta-insects-have-two-sets-of-genitals-and-eat-male-ejaculate/

  https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.03.26.485942v1.full

  https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2017.0550

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003347206001862

  本文轉自《環球科學》

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