一个为了生存而变性的故事
2019-09-06 15:43

一个为了生存而变性的故事

本文来自微信公众号:原理(ID:principia1687),作者:唐丰(动物学在读博士),封面来自视觉中国


大家是否还记得在《海底总动员》这部电影中,讲述了这样一个小故事:


小丑鱼马林和他的妻子卡罗在澳洲大堡礁找到了一片海葵,建立起了自己的一个小家庭。不幸的是,一条梭子鱼攻击了它们,使马林失去了妻子和大部分的孩子,只剩下一个小儿子尼莫(Nemo),从此俩人相依为命。有一天,尼莫在上学的路上失踪了,小丑鱼马林只好踏上了寻找儿子尼莫的路。


电影讲述的就是这么一个爸爸寻找儿子的故事,所以影名就叫“Finding Nemo”。 


○ 海底总动员海报。


这是一个很温馨的故事。但是,我们要记住的是艺术总是源于生活、或高于生活的。


我们不禁好奇,这部电影在现实中的情节又将如何发展? 通常一个小丑鱼家族由3-7个成员组成,家族大小取决于它们海葵领地大小。 家族里面只有两只性成熟的鱼,一只是性成熟的雄性(马林),一只性成熟的雌性(卡罗),其它都是没有性别的小鱼(比如尼莫)


○ 小丑鱼。| 图片来源:Life of Animals


而神奇的地方在于,如果在现实中出现电影中的那一幕——唯一的雌性卡罗被吃掉后,家族里的“马林”会慢慢地变成“马琳”。没错,原本是雄性的马林,变成了雌性!而本来并没有性别的小尼莫则会变成一条雄鱼,含情脉脉地看着原来是它爸爸的马琳。然后他们就继续永远幸福快乐地生(交)(配)下去[1]。这使原本温馨的家庭片一下就跳成了伦理片。 


其实这种雌雄同体的现象在鱼类里并不少见,至少有500个品种的鱼都有这样的“天赋”[2]。 刚刚说的小丑鱼只是其中一种,而且是比较少见的雄性先熟(protandrous hermaphrodites)的雌雄同体,即小时候是雄性,而长大以后便变成了雌性。


在大海里面,很多动物都要保护自己的领地, 而大多数物种都是其雄性体型比较大、且富有攻击力。在这种系统里面,动物在幼时并没有占领和保护领地的能力,所以有很多会先以雌性长大,然后到了一定的时机摇身一变成为气势逼人的雄性大哥来霸占领地。因此,雌性先熟(protogynous hermaphrodites)的雌雄同体就更加的常见。


○ 小丑鱼是雄性先熟的。| 图片来源:KRZYSZTOF ODZIOMEK/SHUTTERSTOCK


雌性先熟里面最典型的就是双带锦鱼(Thalassoma bifasciatum)了。这些住在大西洋珊瑚礁上的鱼儿大概只有手掌这么大,雄性通常通体呈蓝色,头上还有黑色和白色的间条。雌性通常个头比较小,而且是单调的淡黄色。


在一个双带锦鱼的家庭中,通常只有一只这种色彩绚丽的雄性,而它需要保卫一片几只雌鱼固定来产卵的最佳产卵点。这只最大的雄鱼会和每一只来这里产卵的雌鱼交配。它们交配的时候俩只鱼会肚子紧贴着肚子地突然向上游动,然后同时向水里排出卵子和精子。如果最大的雄性消失了之后,在这个珊瑚里面的最大雌性就会马上变成雄性,成为鱼群中新的、唯一的雄鱼,并接管起后宫[3]。 


○ 双带锦鱼:一只雄性和好几只雌性。| 图片来源:Gemmell Lab


为什么要花费这么多精力能力去改变性别呢?现被广为接受的理论是身体大小优势模型(size advantage model)[4]。 简单的说就对于同一个物种,在体型相同的情况下,雄性和雌性可以产生的后代数量是不一样的。它们在特定的体型下就会选择有生育优势的性别,比如下图,小时候是雄性,长大了是雌性就会有优势。


○ 雄性先熟的物种(例如小丑鱼)的身体大小优势模型。| 图片来源:http://life.bio.sunysb.edu/marinebio/sex


通常来说,对于同一种鱼,体型相同的雄性能产出的精子数要比雌鱼产出的卵子数多得多。上面的小丑鱼是一夫一妻制的,所以每一对夫妻的最大后代数量是由母鱼能产出的卵子决定的,而越大的鱼每次的产卵数越多。所以最大的鱼是雌性就可以保证这一对夫妻的产出是最多的。


双带锦鱼是一夫多妻制,在小的时候它没有守住领地的能力,如果作为雌鱼的话,它起码还能保证自己的卵能被雄鱼老大受精;但如果是雄鱼,那就既没有办法守住领地或、也无法和雄鱼老大对抗抢到任何卵子。而长大了之后变成雄鱼老大就可以让在这片领地产的卵全部都是它的后代了。 


○ 产卵也是要等顺风局的哟 ~ | 图片来源:virtualcoralreefdive


双带锦鱼的这种一夫多妻的社会结构在小珊瑚上最为结实。在比较大的珊瑚上面,鱼的数量和密度也比较大,因此可能出现一只雄鱼看管不过来的情况。


幼鱼大部分都会长成小雌鱼,就跟上面的情况一样。但是剩下的一小部分幼鱼就有小心机,它们会变成跟雌鱼长得一样的雄鱼,这些鱼可以被叫做“伪雌”雄鱼(sneaker male)[5]。会在雌鱼和雄鱼交配的时候偷偷地在一旁同时排出精子。最大的雄鱼没想到自己在辛辛苦苦保护珊瑚的时候竟然被偷偷地带了绿帽子。这种情况在密度或者数量越大的双带锦鱼群体里面越是常见。 


○ 长的与雌鱼很像的“伪雌”雄鱼。| 图片来源:图片来源:untamedscience


为什么鱼可以“变性”呢?


第一是因为很多鱼的性别并不像人类一样由染色体XX、XY决定。


对很多两栖动物、爬行动物、以及鱼类来说,性别并不由染色体决定,而跟它们的外部环境或者社会结构有关,最普遍的一种是由温度决定。


比如像阿根廷银汗鱼,如果胚胎在水温24度里面发育,那么雌雄的比例就是五五开。但是当温度上升到28度时,就有98%的胚胎都会发育成雄鱼[6]。而小丑鱼和双带锦鱼的变性就是由环境关系决定的。比如说当唯一的雄性双带锦鱼被移去之后,最大的雌鱼就会由于社会关系的改变而立即成为雄性。


○ 亚特兰大银汗鱼。| 图片来源:https://evolution.berkeley.edu/


鱼能变性第二个原因是很多鱼在出生时,生殖腺里面就同时带有卵巢或者精囊的组织,所以鱼的性别由它体内的或是雄性、或是雌性的荷尔蒙决定。


那么是什么在影响鱼体内的荷尔蒙呢?能变性的鱼体内有一种好似有魔法一般的芳香酶(aromatase)[7],这种酶能够把鱼体内的雄性荷尔蒙变成雌性荷尔蒙。在大量雄性或者雌性荷尔蒙突然涌入的情况下,鱼体内的生殖腺会受到影响,可以快速把体内的卵巢变成睾丸,或者睾丸变成卵巢。 


○ 不要以为只有小鱼会变性,大鱼,像是苏眉会在大概9岁的时候从雌性变成雄性。| 图片来源:http://awesomeocean.com/


要完成真正的性别转换,必须包括生理和心理的改变。刚刚说了,当一群双带锦鱼里的雄鱼消失了之后,最大的雌鱼就会变成雄鱼接管后宫。


生理上改变性别想必是个比较漫长的过程,要是鱼群里面同时有几只雌鱼都想做大哥变成雄鱼一起变性那不就尴尬了吗?


所以在最大的雄鱼消失后的几小时内,想要变性的那只雌鱼马上就会开始行为上的改变——她会变得更有攻击性以及对其他的雌鱼发起求爱动作,这样剩下的雌鱼都会知道这只鱼将会变成新的老大[3]。 生理上的改变也会慢慢跟上:她的外表会从淡黄色变成鲜艳的蓝色,体型会变大1.5倍,而且体内在荷尔蒙的影响下开始长出睾丸,而以前的卵巢也会被吸收[3]。 


能说变就变的鱼似乎很厉害了对不对?但是其实还有更厉害的鱼——它们能同时拥有雌性和雄性的性腺。你可能要想,这是否意味着它们能自己跟生小孩了呀?理论上是可以的,但是只有极少数的鱼会这样做,因为这样的后代基因多样性会非常低[8]


那么大多数同时有着睾丸和卵巢的鱼(比如一种名为Caribbean Hamlets的低纹鮨属鱼)是怎么交配的呢?它们会约在一个经常去的小珊瑚,两只鱼开始同时往水面游,一只鱼会卷曲起来缠绕着另外一只。曲起来的鱼就会向水里排出精子,而被缠绕的鱼就会排出卵子。 


○ 正在交配的紫青低纹鮨(indigo hamlets)。| 图片来源:http://caribbeanreeflife.com/ 


几秒之后这两只鱼就会回到小珊瑚里面。然后几分钟之后,它们又会一起向水面游去,同时,刚刚被缠绕的鱼就会说:“这次该我做男生啦!(//▽//)”


参考:

1. Navara, K. J. (2018). The Truth About Nemo’s Dad: Sex-Changing Behaviors in Fishes. In Choosing Sexes (pp. 183-212). Springer, Cham.

2. Pauly, D. (2007). Darwin's fishes: an encyclopedia of ichthyology, ecology, and evolution. Cambridge University Press.

3. Lamm, M. S., Liu, H., Gemmell, N. J., & Godwin, J. R. (2015). The need for speed: neuroendocrine regulation of socially-controlled sex change. Integrative and comparative biology, 55(2), 307-322.

4. Ghiselin, M. T. (1969). The evolution of hermaphroditism among animals. The Quarterly Review of Biology, 44(2), 189-208.

5. http://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/biology/why-do-some-fish-change-sex

6. Ospina-Alvarez, N., & Piferrer, F. (2008). Temperature-dependent sex determination in fish revisited: prevalence, a single sex ratio response pattern, and possible effects of climate change. PLoS One, 3(7), e2837.

7. Guiguen, Y., Fostier, A., Piferrer, F., & Chang, C. F. (2010). Ovarian aromatase and estrogens: a pivotal role for gonadal sex differentiation and sex change in fish. General and comparative endocrinology, 165(3), 352-366.

8. http://www.deepseanews.com/2014/10/male-female-or-both-when-it-comes-to-sex-fishes-do-it-all/


本文来自微信公众号:原理(ID:principia1687),作者:唐丰(动物学在读博士)

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