據(jù)外媒報道，在大多數(shù)動物中，卵子比精子大得多。例如，在人類中，一個卵子的體積是一個精子細胞的1000萬倍。 在一項新研究中，美國西北大學(xué)工程學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，競爭和自然選擇推動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化的早期，原始物種使用外部受精進行繁殖的時間。在該模型中，較大的生殖細胞，或配子，具有競爭優(yōu)勢，因為它們可以為潛在的子宮容納更多的營養(yǎng)物質(zhì)。然而，較小的配子需要較少的資源，這給父母帶來的壓力較小。

美國西北大學(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，基于對有性繁殖如何運作和自然選擇如何運作的合理假設(shè)。"

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

西北大學(xué)團隊的模型從同配生殖(isogamy)開始，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，該團隊開發(fā)并應(yīng)用了一個簡單的數(shù)學(xué)模型，以顯示同配生殖是如何過渡到異配生殖的，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)生的競爭。如果配子在尺寸上比它們的“鄰居”有優(yōu)勢，它們就更有可能生存下來，這導(dǎo)致了一場有利于越來越大的配子的"軍備競賽"。但是，生物體如果不需要越來越多的資源，就不能產(chǎn)生許多性細胞。然而，它們可以通過生產(chǎn)大量的微小配子來節(jié)省資源。

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

Abrams表示，一個仍然存在的謎團是為什么一些同配生殖的物種今天仍然存在。例如，一些類型的藻類和真菌，要么無性繁殖，要么采用對稱的交配類型。

“關(guān)于異配生殖是如何出現(xiàn)的，一直到查爾斯-達爾文，都有不同的理論，”Abrams說。“進化生物學(xué)中的問題是很難檢驗的，因為我們只能研究今天的物種。我們無法看到它們在數(shù)十億年前是什么樣子。使用數(shù)學(xué)模型可以產(chǎn)生新的見解和理解。”

關(guān)鍵詞： 科學(xué) 卵子 精子 體積