精子如何像军队一样战斗?

说到精子,大家脑子里浮现的可能是一只随处乱窜的蝌蚪。

这只蝌蚪可分为顶体、头部、中部和尾部四个部分,最前端的顶体负责释放顶体酶,用来融化进入卵子的通道,头部装载着最重要的遗传物质,中部则存放供能的线粒体,细长的尾部提供前进动力,在这些部分的共同作用下,精子才得以和卵细胞结合,发育成生命个体。

但事实上,精子不只有一种形态,甚至在同一个个体内,精子都能长得不一样,这就是精子的多态性(Sperm polymorphism)。

很多无脊椎动物可以同时生产正常精子(Eupyrene)和辅助精子(Parasperm),正常精子里面有一套染色体,拥有正常的功能,辅助精子内没有或缺失部分染色体,没有受精能力。精子的唯一使命就是让自己的染色体在另一个个体中延续,辅助精子连染色体都没有,它图什么呢?

学者提出了很多假说试图解释这种现象。早在1916年,遗传学家理查德·哥德施密特(Richard Goldschmidt)就在《科学》上发表文章,提出了 不利假说(Non-adaptive),猜测异常的精子只是精子生产线上的残次品。

但辅助精子如此普遍地在生物中存在,其中必有蹊跷。于是出现了支持辅助精子有用论的种种假说。

一种假说认为,有些动物射精前的精子没有受精能力,射精后在辅助精子的帮助下才能逐步成熟。学者小山内実(Osanai . M)自1987年起,发表了一系列文章,他发现了一种蛾子,其雄性个体射精前的正常精子和辅助精子都是不能动的,随后辅助精子抢先获得移动能力,并在前往雌性卵子的道路上,一步步帮助正常精子启动,也就是赋能。

另外一种假说认为,辅助精子在运输精子过程中起作用,比如有些正常精子借助辅助精子搭顺风车,就比如像体外受精的海胆(Echinoid),它的辅助精子有两条尾巴,互相勾连把正常精子包裹在里面,形成一张保护网,防止被海水稀释。

还有假说认为,辅助精子充当了移动「电源」,在正常精子精疲力竭的时候,消耗自己,给它提供能量。以及,当有其他雄性的精子企图破坏正常精子时,辅助精子会去代替它,避免其受伤。最后还有一种竞争假说,辅助精子可能会堵在雌性生殖道内,阻止其他竞争者的精子进入。

总而言之,辅助精子一生下来,它的命运就被决定了,它没有争夺王冠的权力,它只是精子的无私同盟。

就算没有辅助精子,正常精子们也未必就是一盘散沙,它们可以组成各种阵型。比如把头部摞在一起,这叫做精子堆积(Rouleaux),也有的首尾相连,这叫做精子火车(Sperm train),或者尾巴缠在一起,这叫做精子束(Sperm bundles)。

科学家们试图解释精子们联合起来到底有什么进化优势。

第一种假说认为,精子运动速度和尾部摆动产生的波长成正比,因为波长取决于尾巴的长度,所以聚集的精子体型更长,跑得就更快,在精子竞争中就更有优势。

第二种则认为,团结起来,活得更久。对精子来说,雌性体内的生存环境非常恶劣,受精过程中精子会受到雌性免疫系统的攻击,每多待一秒,就会多一倍的伤害。精子们包裹在一起,那么只有最外层的精子会暴露在危险环境之中,内部的精子可以最大程度地保存实力,到达接近卵子的地方再游离出来。

第三种假说则是,精子聚集起来更容易穿透卵子,因为多个精子的顶体聚集在一起同时释放顶体酶,加快融化通道的速度。

在极端恶劣的环境下,连精子也学会了团结、合作与牺牲,从而达到了更快、更持久、穿透力更强的目标,最终生命得以延续,生生不息。这就是精子的赞歌。