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气候变暖影响下 这种动物或将面临“性别失调”

2021-12-30 08:57:23 | 来源: 科技日报 | 责编: 郑思雯
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  每至春夏,地中海里一些青春期的虾们就会做出虾生的重要决定:变为女儿身,助力种群的繁衍大业。而谁也没想到,气候变暖改变了“水质”,变性过程将受到阻碍,雌性会越来越少,小虾的王国也可能面临危机。

  吃下“小药丸”让雄虾变雌

  在地中海海域,居住着故事的主人公——藻虾属的Hippolyte inermis,俗称海草虾。这种小虾总体来说不甚起眼。然而,科学家逐渐发现,这些小家伙着实有些古怪之处。

  在正常条件下,海草虾会自然发育为雄性,但也可以从雄性转变为雌性。“变性”的现象在海洋中不算稀奇,海洋中的性别转变,不管是雄性转变为雌性还是雌性转变为雄性,都不失为一种保持生殖优势的策略。

  一般来说,序列性雌雄同体(指在生命历程中会改变性别)的动物在性别发生转变的阶段,通常具有双性性腺——拥有转变的基础才能响应激素的调控,改变性别。但令人迷惑的是,海草虾的成年雄性个体内没有卵精巢(具有卵巢和精巢性腺细胞的双性性腺),它们的雄性性腺也不会受到卵巢分泌的荷尔蒙影响,更没有雌性性腺芽。

  为了解开海草虾性别转变的秘密,科学家耗费了很长时间追踪海草虾群,发现海草虾的雌性中有来源于两种截然不同的“虾生轨迹”的个体。代号阿尔法的雌性个头较大,由性成熟的雄性个体转变而来,另一类代号贝塔的雌性海草虾个头比较小,在性成熟时就是雌性,从未经历过性别转变。两种雌性的生长速度和性成熟时间也不同,阿尔法雌性是雄性在冬季转变过来的,而贝塔雌性到了夏季才性成熟。这样分明的季节与性别的关联让科学家意识到,很可能是季节变化相关的环境因素影响了雌性的发育过程。

  研究者分析海草虾的肠道内容物后发现,雄性和阿尔法雌性的饮食结构,与贝塔雌性有明显差异。雄性和阿尔法雌性以微藻、大型藻类、苔藓植物和有孔虫为生,而贝塔雌性主要以硅藻为食,这当然与它们性成熟时所处的季节有关。而贝塔雌性饮食结构中主流的盾卵形藻小型变种在夏天爆发,跟贝塔雌性出现的时间点非常契合。科学家猜想,这种硅藻可能与仔虾的“虾生选择”有关。经实验室和野外研究,科学家确认,这种硅藻中的某种代谢产物可以促进仔虾雄性性腺快速凋亡,随后一类数量较少的未分化细胞就会快速分化成雌性性腺,这只虾就变为了雌性。

  春季出生的仔虾在未经世事的时候做出选择成为贝塔雌性,不仅改变了个体的一生,对种群也非常重要。贝塔雌性虽然不如阿尔法雌性的个头大,但科学家发现,虾群在每年春季和秋季分别有一小一大两次生育高峰,其中,贝塔雌性在九月交配产卵,是秋天生育高峰的主力军,它们的出现维持了种群中合适的雌雄比例,对种群繁衍至关重要。

  至此,海草虾的性别发育模式总算有了一些清晰的逻辑。科学家推测,海草虾很可能采取了一种幼虫多型的策略,即后代中包括不同发育模式的幼虫。在夏天发育的幼虾借助周围丰沛的硅藻“义无反顾”地成为贝塔雌性,并在秋季大量产卵。而出生于秋冬的幼虾没有环境的影响,会“循规蹈矩”地成为雄性,长大成年之后再“考虑”变成阿尔法雌性的事情。科学家认为,海草虾费尽周折,既是受到食物来源季节性变化的影响,也是为了抵抗周围其他十足目动物和鱼类带来的生存压力,是自然界又一审时度势、努力生存的好榜样。

  海洋酸化让硅藻失效

  研究海草虾几十年的科学家已经开始担心这个物种的安危。随着二氧化碳排放增加,海洋环境逐渐酸化,对大量生物都带来了影响,海草虾群的“变性大师”盾卵形藻也不例外。科学家从海水中提取了这种硅藻,并在实验室中培养它们。他们发现,当水体的pH值从8.2降到7.7后,盾卵形藻掌握的“变性术”似乎失去了作用。

  研究者收集了pH8.2和pH7.7水体中生长的硅藻,喂给海草虾幼虾。用pH8.2条件下生长的硅藻喂养25天后,海草虾的雌性比例能达到63.4±2.8%,而用pH7.7条件下生长的硅藻喂养却只得到36.3±5.9%的雌性,这几乎与不吃硅藻的阴性对照组雌性占比(31.7±5.6%)相差无几。也就是说,pH7.7条件下培养的硅藻无法再给予海草虾变性的能力。可能是硅藻改变了自身的代谢反应,诱导雄性性腺凋亡的神秘物质也发生了变化。联想到自然环境中的情况,贝塔雌性可能因此大幅减少,海草虾不知耗时多久摸索出的“变性”之法就将这样莫名其妙地被剥夺了。孙琳钰

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