據(jù)外媒報(bào)道，在大多數(shù)動(dòng)物中，卵子比精子大得多。例如，在人類(lèi)中，一個(gè)卵子的體積是一個(gè)精子細(xì)胞的1000萬(wàn)倍。 在一項(xiàng)新研究中，美國(guó)西北大學(xué)工程學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，競(jìng)爭(zhēng)和自然選擇推動(dòng)了這種奇怪的大小差異。

利用數(shù)學(xué)模型，研究人員考慮了在進(jìn)化的早期，原始物種使用外部受精進(jìn)行繁殖的時(shí)間。在該模型中，較大的生殖細(xì)胞，或配子，具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兛梢詾闈撛诘淖訉m容納更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。然而，較小的配子需要較少的資源，這給父母帶來(lái)的壓力較小。

美國(guó)西北大學(xué)麥考密克工程學(xué)院工程科學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)教授、該研究的資深作者Daniel Abrams表示：“生物體要么需要用最多的規(guī)定生產(chǎn)最大的配子，要么需要用最小的配子來(lái)使用最少的資源。我們相信這種大小差異幾乎是不可避免的，基于對(duì)有性繁殖如何運(yùn)作和自然選擇如何運(yùn)作的合理假設(shè)。"

該研究報(bào)告在線發(fā)表于 《理論生物學(xué)雜志》 。Abrams實(shí)驗(yàn)室的博士生Joseph Johnson是該論文的第一作者。Abrams實(shí)驗(yàn)室的本科生Nathan White和Alain Kangabire共同撰寫(xiě)了這篇論文。

西北大學(xué)團(tuán)隊(duì)的模型從同配生殖(isogamy)開(kāi)始，這是有性生殖方式之一，在這種狀態(tài)下，所有配子的大小都大致相同，而且還不存在不同的性別。然后，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)并應(yīng)用了一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型，以顯示同配生殖是如何過(guò)渡到異配生殖的，在這種狀態(tài)下，配子要么變得非常小，要么變得相當(dāng)大--這是今天與生物性別有關(guān)的精子和卵子的前身。

在該模型中，異配生殖的出現(xiàn)是為了在資源有限的環(huán)境中生存而產(chǎn)生的競(jìng)爭(zhēng)。如果配子在尺寸上比它們的“鄰居”有優(yōu)勢(shì)，它們就更有可能生存下來(lái)，這導(dǎo)致了一場(chǎng)有利于越來(lái)越大的配子的"軍備競(jìng)賽"。但是，生物體如果不需要越來(lái)越多的資源，就不能產(chǎn)生許多性細(xì)胞。然而，它們可以通過(guò)生產(chǎn)大量的微小配子來(lái)節(jié)省資源。

“在進(jìn)化的早期，當(dāng)有性生殖出現(xiàn)時(shí)，配子是對(duì)稱的。但這是這種對(duì)稱性被打破的地方，”Abrams說(shuō)。“我們最終會(huì)出現(xiàn)一些生物專(zhuān)攻大配子，而另一些生物專(zhuān)攻小配子。”

Abrams表示，一個(gè)仍然存在的謎團(tuán)是為什么一些同配生殖的物種今天仍然存在。例如，一些類(lèi)型的藻類(lèi)和真菌，要么無(wú)性繁殖，要么采用對(duì)稱的交配類(lèi)型。

“關(guān)于異配生殖是如何出現(xiàn)的，一直到查爾斯-達(dá)爾文，都有不同的理論，”Abrams說(shuō)。“進(jìn)化生物學(xué)中的問(wèn)題是很難檢驗(yàn)的，因?yàn)槲覀冎荒苎芯拷裉斓奈锓N。我們無(wú)法看到它們?cè)跀?shù)十億年前是什么樣子。使用數(shù)學(xué)模型可以產(chǎn)生新的見(jiàn)解和理解。”

關(guān)鍵詞： 科學(xué) 卵子 精子 體積