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你没听过的精液用途:能防天敌,甚至可能延长寿命

叶片上的Hemiandrus pallitarsis沙螽(图片来源:Darryl Gwynne/University of Toronto)

多年以后,面对昆虫性选择的话题,行为生态学家达里尔・格温(Darryl Gwynne)将会回想起他第一次在亲戚家看到沙螽交配的那个遥远的下午。

撰文 | 二七

审校 | clefable

吸引了格温注意力的是一种沙螽,拉丁名为Hemiandrus pallitarsis。它属于直翅目,主要生活在新西兰,外形类似我们熟悉的蟋蟀(同属于直翅目)。二十多年前,格温第一次在亲戚的花园里第一次观察到了这种沙螽的交配行为,就被深深地吸引了:格温发现雄性沙螽会额外准备一些精液,作为“礼物”放到雌性的腹部。

在交配前,成年的雄性沙螽和雌性沙螽会在叶片上敲击腹部,这个行为的意思是“我准备好交配了”。交配时,两只沙螽头对头、尾对尾地“摞”在一起,雄性在下,雌性在上。

非常特别的是,雌性沙螽的腹部有一个突出的结构,格温称之为“第二生殖器”。双方开始交配时,这个“第二生殖器”就会勾住雄性生殖器的根部。这不会影响雄性生殖器末端的“正常”交配。但是,当雄性顺利完成交配,伸长的生殖器从雌性生殖道中拔出后,却会被“第二生殖器”固定,无法立即离开。

此时,雄性会将生殖器的末端向前弯到雌性腹部的侧面,留下两个粘稠的“水滴”作为“结婚礼物”,雌性才会放雄性离开。这些作为“礼物”送上的精液并不含有任何精子。对雄性来说,这可以避免浪费宝贵的精子;而对雌性来说,这些精液富含大量蛋白质。交配后,雌性会将这些精液拉进嘴里,迅速吃掉。

格温相信,雌性要靠这些精液来支撑接下来6个月的生存――她将钻入地下,产卵并精心孵化。在此期间,为了时刻守护在后代身边,雌性将不会摄入任何食物。支持它生产、孵化的全部营养物质,都来自雄性留下的精液。

交配完成后,雌性迅速吃掉了雄性留下的精液,图中SPX所指即为雄性在雌性腹部一侧留下的精液。(图片来源:D。 T。 Gwynne, 2005)

防御天敌

这种沙螽并不是唯一一种拓展了精液用途的生物,事实上,许多昆虫都会将精液作为“结婚礼物”,这些精液的效果也不仅仅是补充营养,有的可以保护后代,有的甚至可能延长雌性的寿命

比如,另一种鞘翅目的昆虫――赤翅甲科的Neopyrochroa flabellata就会在精液中加入一种化学武器“斑蝥素”。在欧洲,传说中的“催情秘药”――“西班牙苍蝇”(Spanish Fly)就是斑蝥素。不过据记载,使用这种“秘药”的人虽然的确能勃起一段时间,但也伴随着非常剧烈的疼痛,根本无心顾及其他。

事实上,斑蝥素是一种具有相当强毒性的化合物,摄入10毫克就能够杀死一个成年人。但这种毒物却成了赤翅甲虫的有效武器,雄性甲虫会专门吞食含有斑蝥素的猎物,并通过精液将斑蝥素传递给雌虫。再由雌虫在生殖时传递给卵,作为保护下一代的“保护壳”。

“西班牙苍蝇”其实指的是一种鞘翅目芫菁科的昆虫(Lytta vesicatoria)。再次提醒:斑蝥素有剧毒,所谓的“催情”功效实际是斑蝥素的中毒症状,请勿随意使用。(图片来源:Franco Christophe/wikipedia)

研究显示,有斑蝥素的卵更不容易受到天敌的攻击。雄虫甚至会专门在头部提供少量斑蝥素的“试吃”,在交配前,雌虫会在雄虫的头部品尝这一点点斑蝥素,借此判断雄虫的“资本”。

交配的代价

如果说赤翅甲虫的雄性精液礼物是借雌性之手送给后代,那么豆象的礼物就更像是为了讨好雌性了。研究者发现,许多豆象的精液中除精子外,还含有种类丰富的营养物质,会随射精一起提供给雌性豆象。

以豆象科中最有名的四纹豆象(Callosobruchus maculatus)为例。四纹豆象常出生在大豆内,以豆子为食,一旦成年,就不再需要摄入额外的食物或水分,只“一心一意”繁殖后代。

在这种情况下,雌性要如何保证自身产卵时的营养和水分供应呢?也是要靠雄性的精液。雄性豆象会将大量的水分和营养物质集中到精液内,在交配时一起提供给雌性。昆虫学家估计,雄性首次射精的量可以达到自身体重的6%-10%,其中大部分都是水分和营养物质――这着实是一份大礼。

说实话,如果你见到过雄性豆象的生殖器,就会知道这份“结婚礼物”拿得着实不容易。雄性豆象的生殖器顶端长有数百根坚硬的刺,接受这样一根生殖器绝对会给雌性带来不少创伤。但即使在这样的情况下,雌性依然愿意接受交配,或许正是“结婚礼物”的功劳。

2009年的一项实验就发现,如果在四纹豆象性成熟后依然人为提供糖分和水分,那么相比那些“有吃有喝”的雌性,营养匮乏的雌性更倾向于接受配偶的交配请求,并且接受的速度也更快。不仅从雌性的选择上能看出礼物的分量,还有研究发现,四纹豆象中完成更多次交配的雌性,也会产下更大的卵,从而孵化出更强壮的后代。甚至在雌性首次交配后,寿命平均延长了2%-4%。研究者提出,也许是精液提供的营养抵消了雌性伤口愈合和繁殖过程的消耗。

另一种演化机制

对我们来说,这些昆虫的繁殖“小技巧”或许只能看个乐子,但对于演化学家来说,这些天赋异禀的昆虫能够帮助他们讨论一个重要的话题:性选择。在著名的《物种起源》问世十多年后,达尔文出版了另一本著作――《人类的由来及性选择》。就是在这本书中,达尔文提出了一种独立于自然选择的演化机制,那就是性选择。

通常来说,卵子的数量相比精子更少,并且繁殖对雌性是一项成本高昂的投入,因此雌性往往更有“选择权”:例如在鸟类中,雄性需要依靠美丽的外观或花里胡哨的求偶动作,向雌性展示自己的魅力;雌性往往也会偏好有特定特征的雄性――比如那些颜色最为鲜艳或是鸣叫最为响亮的个体。

但在这些有着“结婚礼物”传统的物种中,雄性生产精液的成本变得极为高昂,而雌性获得精液的收益又很大。在这样繁殖成本反转的情况下,雌雄双方在性选择中的身份也会反转吗?

答案是:很有可能。格温和多伦多大学的同事杰西卡・布朗(Jessica Browne)做了一个实验。他们收集了58名雌性沙螽,并通过它们储存精子的DNA,来判断其“交配史”。数据显示,“雄性可能更喜欢与第二生殖器较长的雌性交配,因为这表明它们质量更高,能够更好地孵化,从而抚养出更多的后代。”,格温表示,“具有较长第二生殖器的雌性也可能能够更好地固定住雄性,并延长交配时间,以获得更多的精液礼物。”这项研究已发布于BioRxiv预印本网站上(未经过同行评议)。

格温得到了令他欣喜的研究结果,但对雌性沙螽来说,她将迎来一个“不幸”的结局。“雌性在不吃东西并致力于照顾后代的6个月里并没有得到太多个人的回报。一旦后代孵化出来,雌性就会立即死亡。”布朗介绍道,“对这些沙螽来说,如果孵化的后代低于50只,将是一个巨大的牺牲。”

封面来源:Unsplash

参考链接:

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

本文转自《环球科学》