正对一只雌性温带臭虫(上)进行创伤式授精。雌性的腹部保护层的受精区附近明显破裂]]
创伤式授精()是部分无脊椎动物的交配方式,即雄性用交接器刺入雌性的腹部,将精子注入腹腔(血腔)中。精子通过雌性的血淋巴散播到卵巢中,使其怀孕。雌性愈合前身体会变得削弱、易于感染,健康受到损害。由于向血腔注入了精子和精液,其亦会产生免疫反应。创伤式授精并不只限于同种动物的异性间,也可在异种和同性的动物间观察到进行此种交配。
机制
豆象䖬的交接器。此昆虫的部分物种演化出了尖刺状的交接器,会破坏雌性的生殖系统。这使雌性演化出了多种反抗技术。]]
在包括人类的复杂生命系统中,血液和淋巴是分别在循环系统和淋巴系統中循环的,被毛細管、静脉、动脉和淋巴結隔开。这称为闭式循环系统。而昆虫拥有开式循环系统,其血液和淋巴的循环没有被隔开,它们合在一起以血淋巴的形式循环,器官也沐浴在其中,获得氧气和营养。
在创伤式授精后,精子会随着血淋巴流入雌性的卵巢,令其怀孕。不同的生物的具体机制有所不同。射精前,部分昆虫的雄性会把自己的生殖器(半侧体)刺进雌性的生殖道顶端,将雌性的交配囊壁刺穿;其他昆虫的雄性会把雌性的外体壁刺穿。如果精子的到达卵巢并使卵子受精就算成功。,而有些会抵抗并且试图逃脱。因为有证据表明,昆虫没有痛觉,所以这种抗拒应该不是出于疼痛。
研究表明,雌性多数后代的父亲是最后一个进行创伤式授精的雄性。
演化适应
(Spermophilus richardsonii)的交配塞。]]
有多个可创伤式授精的演化論解释。一种是,创伤式授精是对生育塞的适应性变化。很多物种使用生育塞的繁殖机制,雄性在交配后,会用粘液封上雌性的生殖道。创伤式授精允许后来的雄性绕过雌性封上的生殖道,直接向循环系统注射精子。也有人认为,创伤式授精可令雄性避开求偶时雌性的抗拒。也有可能是因为,创伤式的精子离卵巢更近,在精子竞争中取得胜利。
最近发现,植食蝽属盲蝽科(Coridromius)下的物种也采用创伤式授精。此种臭虫中,雄性的插入器由阳茎和左半侧体结合构成;雌性插入区的副生殖器产生变性,形成凹槽和凹入的交配管,以引导雄性半侧体。盲蝽科也演化出创伤式授精,显示第三种蝽此类交配方式的独立出现。
事實上,Coridromiini族的物種都採取這種交配的方式。
健康影响
尽管创伤式授精对雄性生殖有利,但令雌性付出了代价:减短的寿命和降低的繁殖产出。代价具体有:
*伤口需要恢复;
*失血;
*伤口感染的机会增加;
*对直接注入血液的精液或附属腺液体的排斥。
为了愈合伤口,雌性需要耗费更多能量,那么进行其他活动的能量就减少了。伤口如果带来感染,寿命也会缩短。注射到血淋巴的精子和精液成为雌性的抗原,引起免疫反应。
实验室中,密集饲养的臭虫易于从雌性开始灭绝。这是因为,此种情况下,交配过于频繁,对雌性的健康十分不利。
臭虫的演化适应
创伤式授精产生对雌性有害的影响,于是她们在刺穿的地方演化出了一对专门的繁殖器官(paragenitalia),称为外部储精器和中间储精器(合称为受精储精器),里面的精子可以迁移到卵巢中。所有的臭虫都通过上述方式生殖。虽然生殖道依旧完整,但只用于产下受精卵
动物界的使用
创伤式授精是異翅亞目(如臭虫)最广泛采用的授精方式,也在其他无脊椎动物类群中使用。其中包括:
- 蛲虫(线虫) —— 在蛲虫的属Auchenacantha、Citellina、Passalurus中发现创伤式授精,此外還可能包括及Austroxyris。
- 棘头动物门(寄生,棘头虫) —— Pomphorhynchus bulbocolli两侧交配栓的存在说明,这些动物存在创伤式授精的方式。由于这些寄生虫钉在宿主肠后就无法动弹,可能由于行动的不便而演化出这种授精方式。
- 轮形动物门(轮虫) —— 臂尾轮属中,雄性会把合胞体壁(相当于皮肤)刺入并注入精子;雄性卜氏晶囊轮虫会分泌一种酶,将雌性体壁破出一个洞,注入精子。
- 涡虫纲(自由生活的扁虫) —— 雌雄間性的扁虫会通过“交接器击剑”进行交配,试图使自己的交接器插入皮肤,注入精子。“输”的一方被授精,且进行繁殖,它们的代价是由于繁殖造成的能量损失。对扁虫Pseudoceros bifurcus的一项研究发现:大部分的受精都是单系的,即使再次被交接器插入,其交配时间也会小于第一个。
- 腹足类动物:蜗牛
- Drosophila (果蝇)—— 精液会通过体壁注入生殖道,而不是腹部。
- 後鰓目 (海蛞蝓) —— 少量多次向雌性背表面注入精子,实现标准的生殖器授精,但会被同步循环运动干扰。
- Harpactea(蜘蛛) – 蜘蛛Harpactea sadistica的雄性会将交接器插入雌性身体的凹槽处,直接向子宫注射精子。
同性间的创伤式授精
创伤式授精不只适用于雌雄夫妻。在花蝽Xylocoris maculipennis种
Xylocoris maculipennis的雄性(受)在被其他雄性(攻)创伤式授精后,攻的精子会移动到受的睾丸中。(受会消化大部分的精子和精液,相当于享受了一顿营养丰富的美餐。)虽然没有证据,但是有人猜测,受给雌性授精时,也会注入攻的精子。
不同物种间的创伤式授精
不同物种间的创伤式受有时会引起致命的免疫反应。被雄性热带臭虫射精的温带臭虫会在刺透部位肿大,寿命也会缩短。有些情况下,免疫反应会很强,甚至致命。在被雄性Hesperocimex cochimiensis创伤式授精后,雌性Hesperocimex sonorensis先会膨胀,之后变黑,24至48小时内便会死亡。
在一些种类的鸭子中,也可观测到多种“强奸行为”。蓝翅鸭中,成对的雄性会在繁殖期的任何时间进行强奸。对成对的雄性的益处包括,成功繁殖、从领地中赶走入侵者。
寬吻海豚屬的单身兽群会聚集在一头雌性旁边,强迫其进行性交。如果不从,就发出言语或身体威胁。
昆虫中,雄性水黽如果无法刺入生殖盾,就会吸引天敌到雌性周围,直至交配。
参考资料
外部链接
- [http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/8023413.stm BBC article on traumatic insemination in the Harpactea sadistica spider, with video]
動物的性
交配
異翅亞目
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