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進(jìn)化的邏輯︱水生時(shí)代:體外受精與魚(yú)類(lèi)婚配
動(dòng)物選擇配偶,目的并不在于相伴相依。孤單的動(dòng)物多的是,無(wú)論在地下蠕動(dòng)的秋蟬幼蟲(chóng),還是在樹(shù)梢攀援的無(wú)尾熊,它們一生中多數(shù)時(shí)間都遇不到其他伙伴,遑論與異性長(zhǎng)相廝守。說(shuō)白了,大家尋尋覓覓,為的不是紓解寂寞,而是為了精子與卵子的結(jié)合。
受精模式可粗略地分為體外受精和體內(nèi)受精兩大類(lèi)。首先出現(xiàn)的是體外受精模式,畢竟這要簡(jiǎn)單得多。絕大多數(shù)水生動(dòng)物采用體外受精,雄性借助得天獨(dú)厚的水環(huán)境推動(dòng)大規(guī)模的精子運(yùn)動(dòng),速度快、效率高,而且公平公正、公開(kāi)透明,所有精子都從同一起跑線向著卵子沖刺,對(duì)于選拔優(yōu)秀的精子,也有一定的作用。
自然與此同時(shí),雌性也會(huì)把卵排在水中,只是卵子體積稍大,運(yùn)動(dòng)能力稍弱,多數(shù)情況下,只能等待精子找上門(mén)來(lái)。這時(shí),雌雄兩性不必身體接觸,就可以完成受精。體外受精的動(dòng)物相對(duì)單純,兩性的合作方式也相對(duì)清晰,它們所有的資本就是生殖細(xì)胞,都明明白白地?cái)[在桌面上,并不需要復(fù)雜的博弈,婚配制度也相對(duì)簡(jiǎn)單,有時(shí)簡(jiǎn)單到幾乎不存在婚配模式。
魚(yú)類(lèi)主要生活在水中,有資格作為體外受精的代表。雌魚(yú)先要排除卵子,雄魚(yú)則緊隨其后排出精子。為了讓所有的卵子都受精,雄魚(yú)承受著巨大的壓力——如果排出的精子少于卵子,就會(huì)造成卵子的浪費(fèi),不符合追求最大生殖回報(bào)的原則;此外還會(huì)給其他雄性乘虛而入的機(jī)會(huì),也不符合雄性競(jìng)爭(zhēng)的原則。
所以雄魚(yú)排出精子的數(shù)量要大大超過(guò)卵子的數(shù)量,但數(shù)量太多,又會(huì)造成精子的浪費(fèi),如何把握正確的尺度,對(duì)雄性是不小的挑戰(zhàn)。一般來(lái)說(shuō),體外受精的魚(yú)類(lèi)排出精子和卵子的數(shù)量比在100:1左右,這既能保證卵子的受精率,又不會(huì)浪費(fèi)太多精子——較之哺乳動(dòng)物動(dòng)輒幾億精子爭(zhēng)奪一枚卵子,這效率實(shí)在是很高了。
體外受精的模式?jīng)Q定了多數(shù)魚(yú)類(lèi)采用多夫多妻的婚配制度,后代很少得到父母的照料。好在幼魚(yú)在水中孵化后,就可以自主生活,就算沒(méi)有父母養(yǎng)育,也能靠數(shù)量取勝,總有一部分能夠存活下來(lái)。
凡事總有例外。有些魚(yú)類(lèi)就不按套路出牌,比如非洲坦噶尼喀湖中的一種鯽魚(yú),它們采用折中的擇偶策略。每到繁殖季節(jié),雌魚(yú)會(huì)在一片巖石縫隙中產(chǎn)卵,然后找來(lái)一大一小兩條雄魚(yú)射精。通常,兩條雄魚(yú)會(huì)承擔(dān)不同的角色——小雄魚(yú)扮演好好先生,盡職盡責(zé)地守護(hù)巖石縫里的魚(yú)卵和幼魚(yú);大雄魚(yú)則扮演花花公子,在射精之后便揚(yáng)長(zhǎng)而去,很少呆在巖縫里略盡義務(wù)。
不難想見(jiàn),大雄魚(yú)還有許多其他配偶,需要它的精子。所以雄魚(yú)射精時(shí)非常講究,不會(huì)一次把所有精子射光,它排出的精子數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于小雄魚(yú)。這就給小雄魚(yú)留下了機(jī)會(huì),多數(shù)的魚(yú)卵都被小雄魚(yú)受精——不過(guò)大雄魚(yú)配偶多,總的說(shuō)來(lái)后代數(shù)量并不少。
盡管如此,有時(shí)小雄魚(yú)并不甘心一直做好好先生。只要機(jī)會(huì)成熟,比如在食物充足、生存競(jìng)爭(zhēng)趨緩時(shí),小雄魚(yú)就會(huì)停止射精,轉(zhuǎn)而不停地進(jìn)食,驅(qū)動(dòng)身體迅速長(zhǎng)大,在短時(shí)間內(nèi)成長(zhǎng)為大雄魚(yú)。這時(shí),它對(duì)雌魚(yú)的態(tài)度也會(huì)隨之改變,從體貼溫柔的好好先生,變成了四處留情的花花公子。
當(dāng)然,眾多的配偶也意味著激烈的雄性競(jìng)爭(zhēng),大雄魚(yú)的壽命因此而大打折扣,反而沒(méi)有小雄魚(yú)活得久??梢?jiàn)取舍不同,對(duì)生命的路徑也完全不同。
可見(jiàn),一大一小兩條雄性鯽魚(yú),分別采取了一夫一妻和一夫多妻的婚配策略;而對(duì)雌魚(yú)來(lái)說(shuō),則是一妻多夫制。如果不是體外受精,我們很難在同一種動(dòng)物身上看到如此復(fù)雜的婚配制度。
在特殊情況下,體外受精的魚(yú)類(lèi)也會(huì)發(fā)展出一夫一妻的婚配模式。慈鯛科的許多魚(yú)類(lèi)都奉行一夫一妻制,其中大家較為熟悉的是神仙魚(yú),它們體色鮮艷,是常見(jiàn)的觀賞魚(yú)類(lèi)。神仙魚(yú)產(chǎn)卵較少,魚(yú)卵體積較大,并且在發(fā)育過(guò)程中需要大量氧氣供應(yīng)。也就是說(shuō),雌魚(yú)需要尋找一片清潔的水域排卵,并注意保持水的流動(dòng)性,因?yàn)橹挥辛鲃?dòng)的水源,才能給受精卵提供充足的氧氣。但水流又不能太急,否則會(huì)將卵子沖走。
為此,雄魚(yú)和雌魚(yú)必須通力合作。這時(shí)它們長(zhǎng)長(zhǎng)的腹鰭就派上用場(chǎng)了——那不是供人類(lèi)觀賞,而是為了扇動(dòng)水流,保證卵子上方的氧氣含量的。由于雌雄雙方需要輪流工作,才能確保受精卵正常發(fā)育,它們自然而然也就采用了一夫一妻制。如果一方離場(chǎng),另一方也只有將受精卵放棄。
隨著進(jìn)化的推進(jìn),一些魚(yú)類(lèi)演化出體內(nèi)受精模式,對(duì)受精卵的保護(hù)能力顯著提高,婚配制度也隨之一變。腔棘魚(yú)采取體內(nèi)受精,它們屬于肉鰭魚(yú)類(lèi),可以用發(fā)達(dá)的肉鰭在水底行走,早在4億多年前就在海洋中占有一席之地,因而也被稱(chēng)為活化石。體內(nèi)受精的雌性腔棘魚(yú)要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的懷孕期,可能長(zhǎng)達(dá)三年,才能生下完整的小魚(yú)。這種生育模式對(duì)雌魚(yú)消耗很大,需要雄魚(yú)的悉心照顧,因此腔棘魚(yú)也是一夫一妻制動(dòng)物。它們?cè)谏詈V履刈o(hù)彼此,億萬(wàn)年來(lái)從沒(méi)改變。
體內(nèi)受精模式的出現(xiàn),為動(dòng)物登陸奠定了基礎(chǔ)。率先做出嘗試的是兩棲動(dòng)物,它們是從水生向陸生的過(guò)渡類(lèi)型。多數(shù)兩棲動(dòng)物仍然保持體外受精的傳統(tǒng),幼體階段仍在水中生活,最常見(jiàn)的例子就是蝌蚪,它們需要經(jīng)過(guò)變態(tài)發(fā)育,長(zhǎng)出四肢后才能在陸地上生活。其間,有些兩棲動(dòng)物開(kāi)始嘗試體內(nèi)受精,比如有十幾種青蛙發(fā)展出體內(nèi)受精的能力。最妥當(dāng)?shù)淖龇ㄊ窃谏车纼?nèi)模擬水環(huán)境,為體內(nèi)的受精卵保駕護(hù)航。
真正將體內(nèi)受精策略定型,并成功走向陸地的動(dòng)物,是昆蟲(chóng)和爬行動(dòng)物。而直到鳥(niǎo)類(lèi)卵生模式的出現(xiàn),體內(nèi)受精的優(yōu)勢(shì)才充分展現(xiàn)出來(lái)。至此,動(dòng)物們的婚配制度又隨之一變,衍生出種種情天孽海來(lái)。
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史鈞,生物學(xué)博士,專(zhuān)注于進(jìn)化論領(lǐng)域的科普寫(xiě)作,已出版多部科普作品,其中《其實(shí)你不懂進(jìn)化論》獲得第十六屆文津獎(jiǎng),并入圍2020年中國(guó)好書(shū)。生命的進(jìn)化是符合邏輯的過(guò)程,底層邏輯就是自然選擇,在此基礎(chǔ)之上,又衍生出了許多其他邏輯,共同構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的理論體系。本專(zhuān)欄將對(duì)這一理論體系進(jìn)行深度梳理,詳細(xì)介紹其中的各種邏輯關(guān)系,討論生命的本質(zhì),理解生命的意義。





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