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進化的邏輯︱水生時代:體外受精與魚類婚配
動物選擇配偶,目的并不在于相伴相依。孤單的動物多的是,無論在地下蠕動的秋蟬幼蟲,還是在樹梢攀援的無尾熊,它們一生中多數(shù)時間都遇不到其他伙伴,遑論與異性長相廝守。說白了,大家尋尋覓覓,為的不是紓解寂寞,而是為了精子與卵子的結(jié)合。
受精模式可粗略地分為體外受精和體內(nèi)受精兩大類。首先出現(xiàn)的是體外受精模式,畢竟這要簡單得多。絕大多數(shù)水生動物采用體外受精,雄性借助得天獨厚的水環(huán)境推動大規(guī)模的精子運動,速度快、效率高,而且公平公正、公開透明,所有精子都從同一起跑線向著卵子沖刺,對于選拔優(yōu)秀的精子,也有一定的作用。
自然與此同時,雌性也會把卵排在水中,只是卵子體積稍大,運動能力稍弱,多數(shù)情況下,只能等待精子找上門來。這時,雌雄兩性不必身體接觸,就可以完成受精。體外受精的動物相對單純,兩性的合作方式也相對清晰,它們所有的資本就是生殖細胞,都明明白白地擺在桌面上,并不需要復(fù)雜的博弈,婚配制度也相對簡單,有時簡單到幾乎不存在婚配模式。
魚類主要生活在水中,有資格作為體外受精的代表。雌魚先要排除卵子,雄魚則緊隨其后排出精子。為了讓所有的卵子都受精,雄魚承受著巨大的壓力——如果排出的精子少于卵子,就會造成卵子的浪費,不符合追求最大生殖回報的原則;此外還會給其他雄性乘虛而入的機會,也不符合雄性競爭的原則。
所以雄魚排出精子的數(shù)量要大大超過卵子的數(shù)量,但數(shù)量太多,又會造成精子的浪費,如何把握正確的尺度,對雄性是不小的挑戰(zhàn)。一般來說,體外受精的魚類排出精子和卵子的數(shù)量比在100:1左右,這既能保證卵子的受精率,又不會浪費太多精子——較之哺乳動物動輒幾億精子爭奪一枚卵子,這效率實在是很高了。
體外受精的模式?jīng)Q定了多數(shù)魚類采用多夫多妻的婚配制度,后代很少得到父母的照料。好在幼魚在水中孵化后,就可以自主生活,就算沒有父母養(yǎng)育,也能靠數(shù)量取勝,總有一部分能夠存活下來。
凡事總有例外。有些魚類就不按套路出牌,比如非洲坦噶尼喀湖中的一種鯽魚,它們采用折中的擇偶策略。每到繁殖季節(jié),雌魚會在一片巖石縫隙中產(chǎn)卵,然后找來一大一小兩條雄魚射精。通常,兩條雄魚會承擔(dān)不同的角色——小雄魚扮演好好先生,盡職盡責(zé)地守護巖石縫里的魚卵和幼魚;大雄魚則扮演花花公子,在射精之后便揚長而去,很少呆在巖縫里略盡義務(wù)。
不難想見,大雄魚還有許多其他配偶,需要它的精子。所以雄魚射精時非常講究,不會一次把所有精子射光,它排出的精子數(shù)量遠遠少于小雄魚。這就給小雄魚留下了機會,多數(shù)的魚卵都被小雄魚受精——不過大雄魚配偶多,總的說來后代數(shù)量并不少。
盡管如此,有時小雄魚并不甘心一直做好好先生。只要機會成熟,比如在食物充足、生存競爭趨緩時,小雄魚就會停止射精,轉(zhuǎn)而不停地進食,驅(qū)動身體迅速長大,在短時間內(nèi)成長為大雄魚。這時,它對雌魚的態(tài)度也會隨之改變,從體貼溫柔的好好先生,變成了四處留情的花花公子。
當(dāng)然,眾多的配偶也意味著激烈的雄性競爭,大雄魚的壽命因此而大打折扣,反而沒有小雄魚活得久??梢娙∩岵煌?,對生命的路徑也完全不同。
可見,一大一小兩條雄性鯽魚,分別采取了一夫一妻和一夫多妻的婚配策略;而對雌魚來說,則是一妻多夫制。如果不是體外受精,我們很難在同一種動物身上看到如此復(fù)雜的婚配制度。
在特殊情況下,體外受精的魚類也會發(fā)展出一夫一妻的婚配模式。慈鯛科的許多魚類都奉行一夫一妻制,其中大家較為熟悉的是神仙魚,它們體色鮮艷,是常見的觀賞魚類。神仙魚產(chǎn)卵較少,魚卵體積較大,并且在發(fā)育過程中需要大量氧氣供應(yīng)。也就是說,雌魚需要尋找一片清潔的水域排卵,并注意保持水的流動性,因為只有流動的水源,才能給受精卵提供充足的氧氣。但水流又不能太急,否則會將卵子沖走。
為此,雄魚和雌魚必須通力合作。這時它們長長的腹鰭就派上用場了——那不是供人類觀賞,而是為了扇動水流,保證卵子上方的氧氣含量的。由于雌雄雙方需要輪流工作,才能確保受精卵正常發(fā)育,它們自然而然也就采用了一夫一妻制。如果一方離場,另一方也只有將受精卵放棄。
隨著進化的推進,一些魚類演化出體內(nèi)受精模式,對受精卵的保護能力顯著提高,婚配制度也隨之一變。腔棘魚采取體內(nèi)受精,它們屬于肉鰭魚類,可以用發(fā)達的肉鰭在水底行走,早在4億多年前就在海洋中占有一席之地,因而也被稱為活化石。體內(nèi)受精的雌性腔棘魚要經(jīng)過漫長的懷孕期,可能長達三年,才能生下完整的小魚。這種生育模式對雌魚消耗很大,需要雄魚的悉心照顧,因此腔棘魚也是一夫一妻制動物。它們在深海之下默默守護彼此,億萬年來從沒改變。
體內(nèi)受精模式的出現(xiàn),為動物登陸奠定了基礎(chǔ)。率先做出嘗試的是兩棲動物,它們是從水生向陸生的過渡類型。多數(shù)兩棲動物仍然保持體外受精的傳統(tǒng),幼體階段仍在水中生活,最常見的例子就是蝌蚪,它們需要經(jīng)過變態(tài)發(fā)育,長出四肢后才能在陸地上生活。其間,有些兩棲動物開始嘗試體內(nèi)受精,比如有十幾種青蛙發(fā)展出體內(nèi)受精的能力。最妥當(dāng)?shù)淖龇ㄊ窃谏车纼?nèi)模擬水環(huán)境,為體內(nèi)的受精卵保駕護航。
真正將體內(nèi)受精策略定型,并成功走向陸地的動物,是昆蟲和爬行動物。而直到鳥類卵生模式的出現(xiàn),體內(nèi)受精的優(yōu)勢才充分展現(xiàn)出來。至此,動物們的婚配制度又隨之一變,衍生出種種情天孽海來。
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史鈞,生物學(xué)博士,專注于進化論領(lǐng)域的科普寫作,已出版多部科普作品,其中《其實你不懂進化論》獲得第十六屆文津獎,并入圍2020年中國好書。生命的進化是符合邏輯的過程,底層邏輯就是自然選擇,在此基礎(chǔ)之上,又衍生出了許多其他邏輯,共同構(gòu)成了一個復(fù)雜的理論體系。本專欄將對這一理論體系進行深度梳理,詳細介紹其中的各種邏輯關(guān)系,討論生命的本質(zhì),理解生命的意義。





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