一亿年前的虫虫如何做“羞羞的事”?南京专家发现最早动物精子化石
2020-09-16 11:04:08

一亿年前的小虫是如何交配的?中科院南京地质古生物研究所9月16日发布最新研究成果,来自中、德、英的研究团队,利用高分辨率显微断层扫描技术,对产于白垩纪缅甸琥珀中保存有软躯体的介形虫化石标本进行了研究。发现介形虫利用“巨型精子”行有性生殖的行为在一亿年前就已存在,该结果使已知最早的动物精子记录提前了至少5000万年。相关研究成果于16日作为封面论文在线发表于英国《皇家学会会刊—B辑》(Proceedings of the Royal Society B)上。令人惊讶的是,介形虫的精子之“巨大”,占到了它本身体长的三分之一!而它们的交配行为,一亿年几乎没有发生变化。

1毫米的浮游小虫,生存5亿年

介形虫是一类具有双瓣壳的水生微型甲壳类动物,在地球上已经生存了将近5亿年,至今你仍然可以在水塘里,找到这个只有1毫米大小的白色浮游小虫,它们乍看上去像小种子。

现生的介形虫

中科院南京地质古生物研究所王贺博士告诉记者,自奥陶纪以来,介形虫就是地质记录中最丰富的节肢动物化石之一。介形虫化石不仅具有重要的生物地层学意义,是油气勘探中不可或缺的化石门类之一,而且在古环境重建和生物演化研究中也扮演着重要的角色。

尽管学界对这个古老的小虫研究的兴趣很大,但绝大多数介形虫化石只保存有钙化的壳,它的软体部分,如附肢和身体等通常难以保存下来。“而这些软体结构往往能够提供许多重要的古行为学信息,如生殖行为。”

近日,中国科学院南京地质古生物研究所“现代陆地生态系统起源与早期演化研究团队”的王贺博士和王博研究员等,与德国和英国科研人员合作,首次报道了产于白垩纪缅甸琥珀中保存有软躯体的介形虫化石。

这枚琥珀重0.676克,长17.5毫米、宽13.5毫米、厚4毫米,共保存了39个介形虫化石标本。其中个体最大的介形虫有0.59毫米,最小0.24毫米。

琥珀化石标本

王贺博士说,这些介形虫归属于三个不同的类群,并含有从幼年到成年的较完整的发育序列。研究认为,这些介形虫当时生活在靠近海边的泻湖环境中。“我们推测,应该是在海边的红树林中。”

小虫子有“大精子”,是人类精子的4倍

这么小的虫子,它们的精子又是如何被发现的呢?

王贺博士介绍说,研究团队利用高分辨率显微断层扫描技术(显微CT)对其中的11个标本进行分析,通过近一年的高精度三维图像重建工作,精细还原了这些介形虫的壳体和软躯体,包括附肢、抱握器、曾克氏器(精子泵)、半阴茎、储精囊、卵和巨型精子等的形态特征。

终于,研究人员复原出介形虫进行交配的过程,“雄性通过钩状的‘抱握器’,抓住雌性,将半阴茎伸入雌性个体内。交配中,雄性通过‘精子泵’将巨型精子送入雌性体内。”王贺博士说,这个“精子泵”具有发达的肌肉和螺纹状的刺,极易从现生个体中发现。巨型精子进入雌性的体内后,将储存在雌性储精囊内,随后精子开始具有活性完成受精过程。

介形虫有性繁殖复原图

而“巨型精子”也是相对的,单个的精子达到0.2毫米,而此次发现化石中的介形虫,最长也才0.59毫米。专家介绍说,本研究首次在化石中发现介形虫的巨型精子,其长度至少相当于介形虫体长的三分之一。

而人类的精子也只有0.05毫米,介形虫的精子是人类精子的4倍!

当然,这样的“巨型精子”在生物界并不算罕见,比如雄性果蝇的精子,最长可达50毫米!

小小的虫子,为何有那么大的精子?专家猜测,这种夸张的解剖结构得益于激烈的“性选择”。

在动物界,为了实现交配目的,须进行更激烈竞争的性别会演化出更精美的装饰(例如鹿角、牛角和尾羽),并以此吸引交配对象。在许多族群中——比如介形虫、果蝇、鸭子、海豚——性竞争将生殖器和精子塑造成大小不一的多种形状。

王贺博士介绍说,这种包含巨型精子的交配行为提供了介形虫交配的成功率,促进了它们的辐射演化。

一亿年了,它们的生殖行为没有变化

该发现也是已知最早的动物精子记录,将其化石记录提前了至少5000万年。

王贺博士说,该化石研究表明与现代介形虫有性生殖相关的生殖器官(如抱握器、曾克氏器等)至少在白垩纪中期就已形成,其形态特征在一亿年间没有发生改变,同时也进一步表明介形虫的这种利用巨型精子进行有性生殖的行为在一亿年前就已存在,为生殖行为的演化停滞现象提供了一个重要实例。

本研究还认为这种包含巨型精子的复杂生殖行为提高了介形虫交配的成功率,促进了非海相介形类在晚中生代的辐射演化。本研究工作由中国科学院、科技部和国家自然科学基金委资助。南京古生物所吴素萍协助完成显微CT实验,杨定华绘制了生态复原图。

扬子晚报/紫牛新闻记者 于丹丹

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