深海神秘生物:同时拥有数百个睾丸和卵巢,同性相遇后会有⼀⽅慢慢变性

作者: ELIOT SCHREFER

来源: 科研圈(ID: keyanquan)

发布日期: 2022-11-05 22:12:24

最新发现的深海蠕⾍Yoda demiankoopi,以其独特的宽唇和同时拥有雄性和雌性性器官的特性引人注目。这种肠鳃纲动物生活在深海平原,依赖海洋表层的有机碎屑为生,且具有不频繁排便的特性。科学家发现,Y. demiankoopi是雌雄同体,拥有数百个睾丸和卵巢,且表现出序贯雌雄同体的特性,即在一生中会交替表现出雄性和雌性的特征。这种性别转换策略可能是为了适应深海环境中稀少的交配机会。

深海神秘⽣物:为数不多的Yoda demiankoopi照⽚之⼀,这⼀最新发现的肠鳃纲新物种,同时拥有雄性和雌性性器官,虽然原因未知,其中⼀套性器官会在某⼀特定时刻完全活跃,科学家称之为“序贯雌雄同体”。图⽚来源:论⽂海洋深处,演化悖论悄然出现。

在美国加利福尼亚州海岸外的深海平原上,⽣活着⼀类嘴唇特别宽的、名为Yoda demiankoopi的蠕⾍,但宽唇不是这种最近才被发现的物种有别于其他同类⽣物的唯⼀特征,“不频繁的排便”也被认为是其中之⼀。此外,我们还要补完它们的深海约会档案:除了以星球⼤战⾓⾊命名之外,它们同时拥有雄性和雌性性器官。这些蠕⾍为此付出了很多。Yoda demiankoopi是“底层居民”。

⽣活在海洋浅层的⽣物不论⽣前死后,时时从⾝上掉落有机碎屑,这些底层居民就依靠吸收这些雪花般降⾄海底的碎屑带来的热量为⽣。它们是吃着残羹剩饭的最渺⼩的⽣物,会尽量减少移动,节省能量,在漆⿊冰冷、压⼒是海⾯250倍的海底世界中谋⽣。直到最近,它们从未接触⼈类或者从未被⼈类骚扰的记录才被打破。随着深海技术的发展,科学家得以探索此前⽆法进⼊的深海领域,⼀切因此⽽变。

2021年,澳⼤利亚海洋⽣物学家格雷格·劳斯(Greg Rouse)坐在美国施密特海洋研究所(Schmidt Ocean Institute)福尔科林(Falkorin)研究舱的控制室中,盯着遥控潜⽔器穿越位于美国西海岸、太平洋北部的巴顿海底悬崖(Patton Escarpment)和⼩乔海底⼭(Little Joe Seamount),在1500⾄2500⽶深处发现了四条Yoda demiankoopi。

它们被遥控潜⽔器捕获并带回了海⾯。回到⾃⼰在美国斯克⾥普斯海洋研究所(Scripps Institute of Oceanography)的实验室中,劳斯团队拍下了这些海底蠕⾍的照⽚,它们的⾝体在潜⽔器采集以及上浮过程中已破裂,但仍然保留下了可供解剖以及DNA分析的残骸。Yoda demiankoopi属于名为“柱头⾍”(肠鳃纲的俗称)的⼀类海洋⽆脊椎动物。

之所以得此怪名,是因为它们厚实凸出的嘴唇让其头部轮廓看着像柱头。Yoda demiankoopi也是与我们关系最近的⽆脊椎亲缘动物之⼀,⼤约在5.7亿年前与⼈类共有同⼀个祖先。这些动物通常⽣活在浅层海床沉积物中。⼀些物种能长到1.5⽶长。肠鳃纲动物通常会钻⼊岩⽯基质中觅⾷。

但劳斯看到第⼀条Y.demiankoopi时,这条15厘⽶长的⼩⾍⼦正挂在岩⽯上,⽤他的话来说是“⾝上覆盖着来⾃海洋表⾯的碎屑”。正如发表在《⽆脊椎动物⽣物学》期刊,宣布Y. demiankoopi存在的论⽂所描述,它们使⽤⾃⼰的宽嘴唇收集碎屑,然后在“九转⼗⼋弯”的肠道内进⾏消化。

劳斯发现的这种海底⽣物肠道堆叠得很紧密,说明它们排便不频繁,这令其与其他肠鳃纲动物区别开来,因为后者会持续不断地排便。Yoda demiankoopi的身体结构示意图,右侧为头部,左侧为尾部。

来源:论⽂不过,这种⽣物最为与众不同的⼀点,是该研究的共同作者尼古拉斯·赫兰德(Nicholas Holland)发现的:Y. demiankoopi是雌雄同体,同时拥有雄性和雌性性器官并且数量充沛,采集到的每⼀条标本中都能找到“数百个睾丸和卵巢”。在111种已知的肠鳃纲物种中,只有两种为雌雄同体:Y. demiankoopi和同属的另⼀种深海居民Yoda purpurata。

此外,在某些Y. demiankoopi个体中,睾丸处于⾼产状态,卵巢则相对处于休眠状态,⽽另⼀些个体的情况却正好相反。研究⼈员表⽰,这种现象说明它是⼀种“序贯雌雄同体”(sequential hermaphrodite)⽣物。它的⼀⽣,是雄性和雌性两种性别交替出现的⼀⽣。这并⾮没有先例,尤其在海底:在⼀些居住在深渊的⽣物中,性别会根据个体在社会等级中的地位⽽发⽣变化。

⼩丑鱼(雀鲷科海葵鱼亚科)种群内,地位最⾼的雄鱼会变成雌鱼,⽽隆头鱼(Labridae)种群内地位最⾼的雌鱼则会变成雄性。美国诺⽡东南⼤学(Nova Southeastern University)的演化⽣物学家J·马修·霍奇(J. Matthew Hoch)解释说,这⼀现象通常可以⽤“体型优势模型”(size advantage model)来解释。

在这种模型中,为了繁衍更多后代,某⼀个体切换⾄另⼀性别取决于种群内其他个体的性别⽐例。然⽽,Y. demiankoopi的情况似乎并⾮如此。它们没有那么多社交⽣活,个体之间往往相隔数⼗⽶甚⾄数百⽶⽣活。在这种情况下,⼤部分海洋⽣物通过“⼴撒⽹”的⽅式来繁殖:将卵⼦或者精⼦送⼊⽔体,受精过程发⽣在体外,因此个体⽆需靠近彼此来交配。

然⽽,肠鳃纲动物的⽣活距离实在够远,“⼴撒⽹”这招也不奏效,所以它们很可能依赖于成对交会(pairewise encounters)来繁殖。鉴于这样的“邂逅”频率不⾼,从演化⾓度来说,⼀个合理的适应性策略便是同步雌雄同体(simultaneous hermaphroditism),也就是个体同时拥有两种性别——如此⼀来,怎么都不会遇到性别不相容的伴侣。

例如,扁形动物(flatworm)就已演化出这样的策略,两两相遇时⽤阴茎展开决⽃。“拔枪”时谁动作慢了,就变成受孕⽅,之后要孕育受精卵。两只涡⾍正在⽤阴茎展开决⽃。每只的头部上⽅都有两个⽩⾊的阴茎。

图⽚来源:Nico Michiels. - Whitfield J: Everything You Always Wanted to Know about Sexes. PLoS Biol 2/6/2004: e183. CC BY 2.5最起码,如果两条Y. demiankoopi相遇,又碰巧是同性,它们会等待,直到⼀⽅改变性别,此时便可受精产卵。

但这⼀策略的效率低于⽴刻交配的效果,劳斯团队称之为“悖论”。霍奇提出了⼀套可能的解决⽅案:因为它们体内同时有两套性器官,其中某⼀套在某⼀时刻⽐另⼀套更加活跃,我们可以将其看作“双向”雌雄同体。在霍奇对藤壶(barnacle)交配策略的研究中,他就在不同规模和性别⽐例的种群中培育出了双向雌雄同体的藤壶,然后将它们移植到新种群中。

结果,这些双向雌性同体藤壶在新种群繁殖出的后代数量少于它们在原始种群所产⽣的。换⾔之,对睾丸和卵巢数量的分配,亦即⽣成精⼦或卵⼦的能⼒,早已根据其所在种群的需求进⾏了校准。“这是被动或者⽆意识的⾏为。”霍奇解释说,“它们接收到某类环境信息,⽽这又改变了它们的⽣理学。”这可能适⽤于Y. demiankoopi的情况吗?它们的交配细节现在仍然是秘密。

虽然新技术让科学家能够探索曾经⽆法进⼊的区域,研究⼈员收集到的标本却仍类似于快照,⽽⾮持续性地观察以深⼊了解这些肠鳃纲动物的性⽣活。霍奇说,公平来讲,Y. demiankoopi演化出雌雄同体的原因和其他海洋⽣物的理由⼀致:性接触。虽然雌雄同体可能对我们来说不同寻常,但这更多属于⼈类的分类倾向(尤其是涉及性的时候),⽽不是Y. demiankoopi⾃⼰的选择。

因此,它们将继续在冰冷的深渊中交配,度过很少排便也不怎么移动的余⽣。上百万年来它们始终如此,远离⼈类俗世,甚⾄不曾被⼈注意,直到⼀台遥控潜⽔器出现。Yoda被吸⼊其中,被测序,被鉴定性别,被置⼊最⼈性化的创造——⽣命之树中。

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