鳳凰科技訊 北京時間8月1日消息，科學日報報道，對生物物種的經典定義便是它們只能夠物種內而無法在物種外繁殖的能力。例如，馬和驢可能能夠產生騾子的后代，但騾子因為與這兩個物種都存在基因組不相容因此幾乎不具備生育能力。大多數情況下，不同物種之間的交配幾乎都無法產生后代，然而，美國馬里蘭大學和加拿大多倫多大學的研究學者讓不同物種的同型小桿線蟲屬(Caenorhabditis)蠕蟲進行交配，結果發現雌性蠕蟲的壽命以及它們后代的數量與同物種之間的交配相比，急劇減少。此外，能夠在跨種交配后存活下來的雌性往往變得不孕不育，即使它們隨后與自己物種的雄性交配。
這張圖描繪了跨種交配的失敗例子：精子（紅色）入侵雌性蠕蟲的身體。
當研究人員在顯微鏡下觀察不育和垂死的雌性蠕蟲時——科學家利用一種熒光染料使得蠕蟲體內的精子可見——他們發現外來精子會突破蠕蟲子宮的括約肌并入侵卵巢。在那里精子過早的與卵子結合受精，因此無法發育成具有生育能力的后代。精子最終會摧毀卵巢從而導致不孕不育。然后精子繼續向前移動穿越蠕蟲的整個身體，從而導致組織受損和死亡。
“我們的發現實在出人意料，因為一般來說在受精過程中，雌性會從自己物種里的雄性挑選精子，這一行為并不會導致長期結果，因為它們之間并未發生基因流動，”多倫多大學生態學和進化生物學副教授亞瑟·卡特（Asher Cutter）這樣說道。
這項研究結果表明精子和雌性生殖系統之間的相互作用可能是蠕蟲交配失敗的新原因，艾瑞克·哈格（Eric Haag）解釋道。“這一發現或可能值得在其它物種中進行探索和驗證，因為相似的協調問題或可能與其它生物體的不育也相關。”
這項由馬里蘭大學的研究生加文·伍德樂夫（Gavin Woodruff）和多倫多大學的賈尼斯·丁（Janice Ting）帶領進行的研究被發表在7月29日的期刊《公共科學圖書館—生物學》上。伍德樂夫現為日本林業學和森林研究產品研究院的博士后研究員。
研究人員認為“殺手精子”可能是蠕蟲物種性器官進化，尤其是精子彼此之間相互競爭的能力，產生分歧的結果。當一個雌性蠕蟲與多個雄性交配，精子會互相推擠競爭與卵子結合，雌性蠕蟲的身體必須能夠忍受這種競爭以存活下來并產生后代。研究人員提出假設稱，精子的攻擊性以及子宮忍受精子的能力在同一個物種間是相同的，但因物種的不同而有所差異。因此，對于一個雄性精子不太活躍的物種而言，它的雌性個體可能無法忍受另一個物種更有侵略性的精子。
這一理論也有具體的證據。在這項研究里，三個雌雄同體蠕蟲的物種——它們能夠產生自己的精子并與自己的卵子結合產生后代——在與其它物種的雄性交配時，尤其容易導致不育甚至死亡。雌雄同體的子宮可能進化得能夠忍受“更溫和的”精子，但無法忍受非雌雄同體物種的更大更活躍的精子。“我們發現雌性同體可以感知并盡量避免或可能傷害它們的物種的雄性個體。” 哈格解釋道。
這種致命的跨種交配的例子尤其吸引了進化生物學家的興趣，根據發表在期刊《自然》上研究估計，地球上大約有870萬個物種，其中還不包括細菌，但這么多物種為什么仍保持彼此的特異性，目前仍不清楚。“利用不育或者死亡來懲罰跨種交配可能是維持物種間界限的一種強大進化學方法。”哈格說道。
然而，進化往往會留下一些幸存者，即使是在最惡劣的環境里。之前研究人員發現有害的跨種交配仍能產生一些具有生育能力的后代，哈格計劃繼續這項研究，調查雜交蠕蟲與不同物種進行交配時的行為特征。（編譯/嚴炎劉星）
