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緬甸琥珀發現億年前甲殻動物精子 較人類精子大數倍

2020/9/16 — 20:44

中國團隊在緬甸琥珀上又有新發現。最新刊於《英國皇家學會報告 B》的研究指,在約有 1 億年歷史的白堊紀琥珀中,發現到有史以來最古老的動物精子樣本,而每個精子細胞都非常長。這些巨型的精子,甚至比人類精子大幾倍。

該些精子樣本均來自史前類似蝦的甲殼類動物,此物種體型本身比罌粟籽還小,身長僅 0.6 毫米。現代仍有該物種的後裔,並被稱為介形綱 (Ostracoda) ,牠們均以容納比自己身型大 6 至 10 倍的精子而聞名。這聽起來似乎不可能,但當這些精子被扭曲並纏結成微細小球時,可輕鬆穿過雌性生殖道;較大的精子球亦較易受精。

該琥珀重 0.676 克,長 17.5 毫米、闊 13.5 毫米、厚 4 毫米,內含 39 隻介形綱動物,由幼體到成年多個成長階段也有。

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團隊利用顯微電腦掃描器在同一塊發現了該 39 隻史前介形綱動物,其中 31 隻更屬全新發現品種 Myanmarcypris hui ;而所有介形綱動物都有一些現今後代的生殖特徵。除了巨型精子外,雄性也有用於交配的鰭足 (clasper) 、精子泵 (sperm pump) ,雌性亦有充滿精子的儲精囊。

團隊指,雌性的儲精囊因充滿精子而處於擴張狀態,這表明牠們被困於琥珀前不久已經成功交配。

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團隊承認難以為所有精子球作個別測量,但至少已知其長度至少是 0.2 毫米,是該物種身長的至少約三分之一。人類的精子則平均只有約 0.06 毫米。

琥珀介形綱樣本(左)與現代介形綱樣本(右)對比; g 與 h 為精子; k 與 i 為精子細節結構
Credit: Wang. & et al. (2020).

琥珀介形綱樣本(左)與現代介形綱樣本(右)對比; g 與 h 為精子; k 與 i 為精子細節結構
Credit: Wang. & et al. (2020).

新發現的介形綱精子比過去發現的最古老動物精子多 5,000 萬年歷史;雖然其他介形綱化石也暗示有巨型生殖器官的痕跡,但人類一直無找到過實際樣本。 2014 年,在澳洲一個山洞中曾有團隊發現了 1,600 萬年前的淡水介形綱,其精子長 1.2 毫米。

團隊指,介形綱似乎在億年來的繁殖特徵都基本保持不變,是個「演化停滯 (evolutionary stasis) 」的最重要例子。

在有性繁殖過程中,古代和現代介形綱雄性都可能用第五對腿,像勾一樣抓住雌性;一旦勾住,雄性就可以插入勃起組織並射出「異常長但不能運動」的精子,將其推入女性體內的兩條長精管。

介形綱動物交配行為復原圖(楊定華繪)

介形綱動物交配行為復原圖(楊定華繪)

一旦這些精子被推到儲精囊,團隊認為精子便開始活動,安頓成一個「有組織的集合體」,以便將卵子受精。

地球上一些最小的生物會產生一些最巨型的精子,這似乎難以想像,但當雌性與不止一個伴侶交配時,精子必須競爭,而科學家認為,擁有更巨型精子可能會更有利。不過製造巨型精子對整個物種的成本也很高。

首先,其繁殖器官必須更大,對於已經如此細小的動物而言,是一個嚴重失衡;一些現代介形綱物種將其三分之一的體積用於繁殖上。

這個巨型性特徵如何演變以及何時出現仍然是一個謎,其直接證據確實很少——雖然甲殼類動物的鈣化殼留下豐富的化石記錄,但完整的軟組織卻極為罕見。

來源:
Science Alert, Oldest Animal Sperm to Date Was Just Discovered in 100-Million-Year-Old Amber, 16 September 2020

報告:
Wang, H., Matzke-Karasz, R., Horne, D.J. & et al. (2020). Exceptional preservation of reproductive organs and giant sperm in Cretaceous ostracods. Proc. R. Soc. B. 287: 20201661. doi: 10.1098/rspb.2020.1661

文/Alan Chiu

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