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籽甲虫陷入了一场残酷的“性军备竞赛”

豇豆种子甲虫的性行为揭示了一场残酷的进化冲突,雄性在交配过程中会挥舞有害的生殖器刺。

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这会很痛。(图片来源:Shutterstock)豇豆种子甲虫的性行为很复杂。在交配过程中,雄性种子甲虫Callosobruchus maculatus会用其尖锐、多刺的阴茎损害雌性的生殖道并沉积精子。而雌性则会拼命踢打其求偶者——这很疼!正如研究所示,拥有更长、更具伤害性阴茎刺的雄性在繁殖上更成功,这对其伴侣的健康不利。但进化的过程有一种平衡天平的方法。在一项新研究中,澳大利亚西部大学的Liam Dougherty及其同事密切监测了他们在实验室中隔离的种子甲虫种群,他们得出结论,该物种的雄性和雌性被锁定在一场暴力、多代、持续的“性军备竞赛”中。诚然,雄性拥有破坏性的阴茎,但雌性反过来也在发展自己的防御。

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近距离观察雄性种子甲虫的破坏性生殖器刺。(图片来源:Johanna Ronn)

野性之爱

特定物种的雄性和雌性的繁殖策略并不总是协调一致的。雄性可能会发展出有利于其健康但会损害雌性健康的繁殖行为,反之亦然。动物界充斥着这种性冲突的例子:某些种类的雌性鸭子有扭曲迷宫般的阴道,因此雄性会拥有长而螺旋形的阴茎来弥补。雌性果蝇会将精子储存在特殊的囊中,但后续的雄性追求者会沉积远超实际需要的精子量,以冲走竞争对手的库存。种子甲虫则参与了这种繁殖上的你来我往的极端形式,或者科学家称之为创伤性交配。这在无脊椎动物和其他昆虫中相当普遍

这意味着战争

Dougherty的团队监测了13个来自不同地区的孤立的种子甲虫种群,这些种群在实验室中已经进化了十多年——远远超过100代种子甲虫。然后,他们仔细研究了它们的繁殖习惯,测量了雌性生殖道的体积(使用微型CT扫描仪)、阴茎刺的长度以及刺造成的损害,以及雌性免疫系统的变化。在其种子甲虫种群中,科学家们注意到阴茎刺的长度与雌性生殖道组织体积之间存在很强的相关性——刺越大,生殖道就越丰满。虽然他们的工作只显示了两个特征之间的相关性,但这说得通:随着雄性阴茎随着时间的推移变得更具威胁性,雌性会加强它们的防御以保护自身的健康。“这可能是由雄性造成的伤害导致雌性进化,”Dougherty告诉《新科学家》。“而且受伤害较小的雌性后代更多。”

为什么它们不能和平相处?

那么,为什么种子甲虫的阴茎一开始就如此残酷呢?它们可能是在试图传递一种生物信息。除了生命所需的物质外,精液还含有改变雌性生理机能的信号化合物。通过刺穿生殖道,雄性可能是在引入化学物质,导致雌性产下更多卵,或阻止其与其他雄性交配。因此,刺越长,结果越好。事实上,2012年,科学家们用激光削去了种子甲虫的阴茎刺,结果降低了它们的繁殖成功率。他们还发现,大约40%的精子最终会留在生殖道外——刺越大,渗漏越多,进入雌性体内的化学物质也越多。雄性更长的刺也可能对雌性造成足够的伤害,使她们在产下受精卵后不久死亡,从而确保只有它的基因得以传递。但随着一代又一代的雌性种子甲虫进化出更好的防御能力,它们可以与更多的雄性交配并产生更多的后代——这是女性的优势。这是一场类似冷战的军备竞赛,双方不太可能取得胜利。相反,在混乱的种子甲虫性行为世界中,雄性和雌性可能正在朝着某种地狱般的性平衡共同进化。

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