灵长类精子竞争:速度很重要

2020-08-11 139恒河猴

加州大学圣地亚哥分校和加州大学欧文分校的研究人员发现了证据,支持了在灵长类物种进化过程中生殖竞争发生在精子细胞运动水平的理论。

灵长类精子竞争:速度很重要

在《皇家学会接口期刊》在线发表的论文中,由UCSD的生物工程学兼职教授和UC Irvine的贝克曼激光研究所的生物医学工程学教授Michael Berns领导的团队以及UCSD的博士学位。候选人贾克琳·纳西门托(Jaclyn Nascimento)报告说,与人类和大猩猩相比,来自更混杂的黑猩猩和猕猴的精子细胞游动的速度更快,并且具有更大的力量,在繁殖周期中,雌性个体只与一个雄性交配。

研究内容

雌性黑猩猩和猕猴通常会与一个社会群体中的几只雄性交配,因此,灵长类精子竞争:速度很重要,理论上具有更快更强的游泳精子细胞的雄性更有可能成功地使卵受精。

Nascimento说:“当交配模式为一夫多妻制时,迅速游泳的精子细胞将在进化上受到青睐,这与我们对黑猩猩和恒河猴猕猴精子的测量一致。”

研究人员发现,人类精子的游泳力明显较低,游泳速度较慢,而最慢的是大猩猩。纳西曼多说:“众所周知,优势的银背有效地阻止了其他雄性在后宫与雌性交配,因此更快的精子似乎对他们没有好处。”

然而,科学家惊讶于人类精子的速度和力量落在大猩猩和黑猩猩之间。伯恩斯说:“也许人类并不总是像我们想象的那样一夫一妻制。”

激光镊子

从35年前开始,科学家开始使用激光束捕获单个原子,微观粒子,DNA分子和各种细胞。伯恩斯(Berns)一直是“激光镊子”设计的先驱,“激光镊子”依靠激光固有的动量:当激光的路径在穿过小的透明物体(例如细胞)时弯曲时,其中的一些动量是转移到细胞中,有效地保持或诱捕它。激光越亮,电池固定越牢固。

在圣地亚哥动物园的濒危物种繁殖中心(CRES)上发表了有关更快的精子可能对一夫多妻灵长类动物的生殖成功有好处的理论的演讲后,伯恩斯修改了他的激光镊子,以便在一个细胞被困住之后,可以以精确的方式降低光强度。

激光亮度的这种定时衰减允许被捕获的精子细胞在其游泳力超过捕获力的点处逸出。可调节的激光镊子和精子跟踪软件使由Berns和Nascimento领导的团队能够精确准确地测量来自四种灵长类动物雄性的数百个精子细胞的游泳力和速度。

灵长类精子竞争:速度很重要,伯恩斯说:“虽然生物学家多年来一直对这个精子竞争问题感兴趣,但它需要生物学家,物理学家和工程师的合作才能设计出正确的设备来测试该理论。”

引用

University of California, San Diego. "Primate Sperm Competition: Speed Matters." ScienceDaily. ScienceDaily, 27 September 2007. www.sciencedaily.com/releases/2007/09/070925090250.htm.

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