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新研究一个卵子的体积是一个精子细胞的1000万倍
时间:2021-10-28 09:34:14

据外媒报道,在大多数动物中,卵子比精子大得多。例如,在人类中,一个卵子的体积是一个精子细胞的1000万倍。 在一项新研究中,美国西北大学工程学院的研究人员发现,竞争和自然选择推动了这种奇怪的大小差异。

利用数学模型,研究人员考虑了在进化的早期,原始物种使用外部受精进行繁殖的时间。在该模型中,较大的生殖细胞,或配子,具有竞争优势,因为它们可以为潜在的子宫容纳更多的营养物质。然而,较小的配子需要较少的资源,这给父母带来的压力较小。

美国西北大学麦考密克工程学院工程科学和应用数学教授、该研究的资深作者Daniel Abrams表示:“生物体要么需要用最多的规定生产最大的配子,要么需要用最小的配子来使用最少的资源。我们相信这种大小差异几乎是不可避免的,基于对有性繁殖如何运作和自然选择如何运作的合理假设。"

该研究报告在线发表于 《理论生物学杂志》 。Abrams实验室的博士生Joseph Johnson是该论文的第一作者。Abrams实验室的本科生Nathan White和Alain Kangabire共同撰写了这篇论文。

西北大学团队的模型从同配生殖(isogamy)开始,这是有性生殖方式之一,在这种状态下,所有配子的大小都大致相同,而且还不存在不同的性别。然后,该团队开发并应用了一个简单的数学模型,以显示同配生殖是如何过渡到异配生殖的,在这种状态下,配子要么变得非常小,要么变得相当大--这是今天与生物性别有关的精子和卵子的前身。

在该模型中,异配生殖的出现是为了在资源有限的环境中生存而产生的竞争。如果配子在尺寸上比它们的“邻居”有优势,它们就更有可能生存下来,这导致了一场有利于越来越大的配子的"军备竞赛"。但是,生物体如果不需要越来越多的资源,就不能产生许多性细胞。然而,它们可以通过生产大量的微小配子来节省资源。

“在进化的早期,当有性生殖出现时,配子是对称的。但这是这种对称性被打破的地方,”Abrams说。“我们最终会出现一些生物专攻大配子,而另一些生物专攻小配子。”

Abrams表示,一个仍然存在的谜团是为什么一些同配生殖的物种今天仍然存在。例如,一些类型的藻类和真菌,要么无性繁殖,要么采用对称的交配类型。

“关于异配生殖是如何出现的,一直到查尔斯-达尔文,都有不同的理论,”Abrams说。“进化生物学中的问题是很难检验的,因为我们只能研究今天的物种。我们无法看到它们在数十亿年前是什么样子。使用数学模型可以产生新的见解和理解。”

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