受精通常被视为一场激烈的竞赛，数百万精子争向单个卵子。来自雪城大学、意大利锡耶纳大学和匈牙利塞格德大学的进化生物学家的新研究指向了一幅更复杂的图景。在某些物种中，繁殖成功可能不仅依赖于竞争，还依赖于精子的合作。研究人员检查了节肢动物——一个庞大的动物群体，包括昆虫、蜘蛛、螃蟹和蜈蚣。他们调查了进化历史中的例子，其中节肢动物精子结合成组织良好的群体或结构，可能帮助它们到达并使卵子受精。这种被称为精子结合的协调行为正在改变科学家们对生殖和进化的看法。精子合作的机制 精子结合可以比作一支有序划船的队伍。科学家们在100多年前首次记录到了这一现象，但普遍认为它并不常见。发表在《自然通讯》上的新研究表明，精子合作在节肢动物中广泛发生，并且独立演化了多次。“受精通常被视为个体精子之间的竞争，但在许多物种中，我们看到细胞以能够影响繁殖成功的方式共同工作，”雪城大学文理学院生物学教授、该研究的联合作者史蒂夫·多鲁斯（Steve Dorus）表示。在许多物种中，这种合作涉及到精子相关物质（SAM）。这种膜包裹的物质可以将精子附着在一起，或围绕它们创建结构，将细胞整理成群体。研究人员建议，SAM可能已经帮助了精子结合的出现，可能最初是用于包装或保护精子的机制。单个精子细胞必须穿越复杂且困难的雌性生殖道。通过群体移动或运作，精子可能在移动性、组织性或整体表现上获得优势。在这些情况下，受精成为了一种协调的努力，而不是涉及孤立细胞的竞争。这一发现质疑了长期以来关于生育的假设。科学家们可能需要超越个体精子的能力，更加关注群体行为对生育结果的影响。 进化模式的获得与失去 精子结合的反复出现和消失是本研究最显著的发现之一。这一策略起源于数亿年前，但不同物种多次获得和失去它。分析还得出结论，所有昆虫的共同祖先具有结合精子。为了追踪这一历史，研究团队对节肢动物中精子结构进行了广泛的比较，利用了几十年来出版的研究资料。他们检查了数百种物种的精子特征，并将这些特征放置在进化家谱上。这使得科学家们能够估算出不同形式的精子合作何时出现以及消失或再出现的频率。生成的时间线追踪了过去6亿年中主要动物谱系中精子结合与精子相关物质（SAM）的演变。它揭示了一个反复出现的模式，在这一模式中，进化创新频繁出现、消失，然后再次出现。“进化几乎在不同的节肢动物群体中多次进行了相同的实验，”生物学系的博士后学者、该研究的主要作者R·安东尼·戈麦斯（R. Antonio Gomez）表示。“这使我们不仅能够看到精子合作何时出现，也能看到何时消失以及在不同进化条件下何时重新出现。”根据研究人员的说法，这一反复出现的模式说明了进化的实验性质。“精子是最迅速进化的细胞类型，”该研究的高级作者、文理学院的威登生物学教授斯科特·皮特尼克（Scott Pitnick）表示。“它们受到在复杂的雌性生殖道外部环境中运作的独特挑战的影响。” 可能对生育的影响 虽然这项研究集中于进化生物学，但其发现可能影响其他多个研究领域。一个可能性是对整个动物王国生育能力更广泛的理解。皮特尼克将受精描述为一种障碍赛，而不是简单的竞赛。精子必须在复杂的环境中导航，并以多种方式与雌性生殖道互动。了解精子如何合作或依赖共同的生物结构，可能最终指引科学家找到研究人类生育困难的新方法。 对害虫控制的新目标 这项研究还可能支持控制破坏性害虫的新方法。科学家们正在研究是否可以破坏精子结合或SAM，以干扰有害物种的繁殖。一个潜在目标是入侵种