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雄性因疯狂交配而死:这种动物面临生存威胁

时间: 2021年02月03日 | 作者: 石云雷 | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
澳大利亚的一种小动物——棕袋鼩,因具有哺乳动物中最疯狂、最致命的交配方式而闻名。


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图片来源:澳大利亚博物馆


这种交配方式以所有雄性棕袋鼩的死亡为代价,但物种得以延续。一些研究发现,气候变暖和澳大利亚的森林火灾正在严重威胁棕袋鼩的生存。


撰文 | 石云雷


在《欺骗时间:科学、性与衰老》一书中,科普作家罗杰·戈斯登(Roger Gosden)写道,在澳大利亚,想在8月交配季以后找到一只雄性袋鼩是不可能的事。他描述的是一种外形形似老鼠的哺乳动物——棕袋鼩(Antechinus stuartii)。它不仅是最小的哺乳动物,包括它在内的数种袋鼩,也是哺乳动物中极少数的终生一胎(semelparity,一生只有一次交配期)动物。


被迫死亡的雄性棕袋鼩


每年,在澳大利亚的春天来临前,11个月大的雄性棕袋鼩就会全部死亡。此前,棕袋鼩会有长达3周的交配期。为了拥有更多的后代,在这一期间,雄性棕袋鼩会接连与雌性交配,直至耗尽体能。在最极端的情况下,雄性棕袋鼩会由于没有能量来维持基本的免疫反应而死亡。它们的死状十分凄惨:双目失明,身上的皮毛全部脱落。免疫系统的崩溃,让它们最终死于坏疽(组织坏死后因继发腐败菌的感染)和组织溃烂。在哺乳动物中,这种致命的交配行为极其罕见,因此给科学家留下了深刻的印象。


雄性棕袋鼩如此拼命,是由于它们一生只有一次的交配期。这种情况常见于昆虫和植物,例如最原始的有翅目昆虫——蜉蝣(Ephemeroptera)就是一个典型例子。但是让科学家困惑的是,棕袋鼩可以和其他哺乳动物一样,采取更加复杂、延长交配期的方式,为何也会选择类似昆虫的一次性繁殖方式?在此前一项发表于《美国科学院院报》的研究中,研究人员详细探讨了这种行为在棕袋鼩中出现的原因,以及这种性竞争为何只会导致雄性死亡。


他们结合实际观察和模型,评估了此前科学家提出的多种理论,并认为这些现象出现的原因是环境和种群内部竞争的共同作用。首先,棕袋鼩(以各种昆虫为食)只有在春季才会有过剩的食物。交配期后正好是春季,当种群中缺少雄性时,食物竞争减少,雌性棕袋鼩和幼仔才会拥有更多的食物。但研究人员认为,这些雄性的牺牲可能并非自愿,更有可能是因为,雄性本身在交配后存活的机率很低,且交配带来的损伤和年龄增长也使它们丧失一些竞争优势。


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棕袋鼩在澳大利亚的栖息地,来源于《世界自然保护联盟濒危物种红色名录》。图片截取自BlankMap-World.png,来源为Chermundy,Wikimedia Commons


此外,他们还发现了一个意外但关键的原因:雄性棕袋鼩的死亡很大程度上要归咎于种群中的雌性。所有的雌性棕袋鼩具有统一和固定时长的交配期,并且在交配期间它们会与多个雄性交配。为了适应雌性的变化,单个雄性棕袋鼩不得不为了提高自身后代的生存率而做出努力,进而促使了这种特殊且激烈的交配机制的演化。



奇特的生理变化


雄性棕袋鼩还演化出了一个绝大多数哺乳动物都不具有的生理变化。在交配期前,它们的睾丸会被身体慢慢降解,不再产生精子。也就是说,它们的精子数量不会再增加,反而会随着尿液一点点消失。当交配期来临时,繁殖的本能会驱使它们与更多雌性交配。但这些雄性棕袋鼩之间的竞争并不是体力上的斗争,而是提高自身的精子在精子竞争(sperm competition,不同个体的精子在同一雌性体内的竞争)中“胜利”的可能性。为了让自己的精子成功受精,它们需要尽量延长交配时间。一些科学家观察到,棕袋鼩单次交配的时间就可能长达14小时。


一些研究人员还发现,雄性棕袋鼩在死亡前,血液中存在极高水平的睾酮素和皮质醇(也称为“压力荷尔蒙“)。其中,睾酮素能让棕袋鼩调动体内所有的能量为繁殖行为供能,而皮质醇的增加让它们有更强的忍受疲惫和疼痛的能力。但后果可想而知,在交配期后期,由于过度的消耗,接踵而来的副作用使得雄性棕袋鼩悲惨地死去。


昆士兰大学的教授Diana Fisher对雄性棕袋鼩的繁殖行为演化,进行了详细的研究。她表示,对于这些雄性棕袋鼩来说,一年只有一小段时期具有充足的食物,因此它们必定是短命的,而将所有的精力用于一个疯狂、致命的繁殖期,对于它们来说或是最好的策略。所谓活得快、死得早,也是一种适应性的演化。



更大的生存威胁


虽然雄性一时的全部死亡不会威胁到这些袋鼩种群的延续,但更大的环境威胁可能会让它们走到灭绝边缘。据去年一项发表于《生理学前沿》的研究,澳大利亚新英格兰大学的科学家等表示,由于全球变暖,在更高气温中生长的袋鼩幼崽在环境变化时,调节体温和代谢的能力会下降。


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图片来源:Queensland Fire and Emergency Services


由于这些袋鼩是终生一胎的哺乳动物,在一年多的时间内或就会经历了一个完整的种群更替。气温变化对体温调节的影响,对它们的威胁可能会更严重。研究人员表示,这种变化可能会使这些袋鼩遇到食物缺乏的寒冷环境时,无法进入冬眠状态。此外,全球变暖和干旱正在加剧澳大利亚的森林火灾。当大量的昆虫在火灾中死亡时,袋鼩也将朝不保夕。


参考链接:https://www.nationalgeographic.com/science/phenomena/2013/10/07/why-a-little-mammal-has-so-much-sex-that-it-disintegrates/

https://www.wired.com/story/antechinus-climate-change/

文章链接:

https://www.pnas.org/content/110/44/17910

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2020.00049/full