一块1亿年前的琥珀中发现了迄今为止最古老的动物精子样本,每个细胞都非常长。更令人印象深刻的是,这种巨大的精子——比人类精子大几倍——来自一种比罂粟籽还小的类似虾的甲壳类动物。这种古老的软体动物属于一种仍存活的微型甲壳类动物,称为介形虫,以其拥有比自身大十倍的精子而闻名。这听起来可能不可思议,但当这些微小的细胞扭曲成小球时,它们可以轻松地通过雌性生殖道,抵御其他较小的竞争精子。
研究人员使用微CT扫描仪,现在揭示了39种古代甲壳类动物的亲属,所有这些都在同一块琥珀中。更令人惊讶的是,这个冻结的社区仍然保留了一些我们今天在介形虫中看到的相同的生殖特征,包括巨大的精子。不仅发现了古代亲属具有相似的雄性'抱握器',这些化石化的身体还包含了精子泵、卵子和——最棒的是——充满精子的雌性受精囊。作者写道:'雌性受精囊扩张的状态表明,成功交配发生在动物被困在琥珀之前不久。
'作者承认,测量这些缠结的精子细胞是不可能的,但他们表示,至少精子的长度为200微米(0.2毫米)。这至少是古代生物整个体长的三分之一。这也是迄今为止最古老的动物精子样本。虽然其他一亿年前的介形虫化石显示了巨大的生殖器官的迹象,但我们从未在此之前获得过这个时期的实际样本。2014年,在澳大利亚的一个洞穴中发现了1600万年前的淡水介形虫,其中含有1.2毫米长的精子。
但新发现的样本来自缅甸,比前者早8300万年。事实上,它使最古老的明确化石动物精子的年龄翻了一番。在所有这些时间里,介形虫的繁殖似乎保持了大致相同的方式——'一个进化停滞的显著例子',正如作者所说。在性繁殖期间,古代和现代的介形虫可能使用它们的第五肢像'钩子'一样抓住雌性。一旦它们抓住,它们就可以插入勃起组织并泵出'异常长但不动的精子',将其推入雌性体内的两条长精子通道。
一旦这些精子到达受精囊,作者认为它们开始移动,形成'有序的集合',以便开始受精卵。虽然一开始听起来可能违反直觉,但地球上一些最小的生物产生了最大的精子。当雌性与多个配偶交配时,精子必须竞争;科学家认为拥有更大的精子可能更有优势。也就是说,像介形虫中的巨大精子对雄性和雌性来说代价都很高。首先,它们的性器官必须更大,对于已经很小的动物来说,这是一个严重的权衡。
一些现代物种将它们的身体体积的三分之一专门用于繁殖。因此,这种巨大特征是如何进化以及何时出现的仍然是一个谜。直接证据非常稀缺。虽然甲壳类动物有钙化的壳,留下了丰富的化石记录,但在化石中发现完整的软组织极为罕见。这一发现确实非常了不起,不仅因为琥珀保存了1亿年来几个个体的软组织,而且因为所有的相似性。
作者写道:'化石介形虫的雄性抱握器、精子泵、半阴茎和雌性受精囊中的巨大精子揭示了与显著形态适应相关的繁殖行为曲目,至少在100万年来保持不变。'该研究发表在《皇家学会学报B:生物科学》上。