前不久，中科院南京地質古生物研究所聯合德國和英國的科學家在一枚緬甸化石中發現了迄今為止最古老的動物精子化石，可以追溯到一億年前的白堊紀中期。
一個巨型精子能有多長？
研究人員們在一塊僅0.676 g重的緬甸琥珀中發現了共計39只介形蟲，其中有31只都隸屬於同一個新屬新種Myanmarcypris hui。
研究涉及的琥珀樣品 (Wang et al., 2020)
這些介形動物保存的相當完好，研究人員們使用高分辨率顯微斷層掃描技術（顯微CT）對它們的內部組織器官形態進行了還原。
Myanmarcypris hui雌性個體三維重建動畫 (Wang et al., 2020)
研究發現在長眠於琥珀中之前，其中一隻雌性剛剛經歷了一次成功的交配。在它充盈的儲精囊中，研究人員們發現一團像毛線一樣糾纏在一起的巨型精子。這團精子的長度至少有0.2毫米，約為這隻雌性介形蟲體長的三分之一。如果放大到人類的比例，就相當於一個人精子的長度達到57釐米，和一隻成年的美國短毛貓差不多大。
Myanmarcypris hui儲精囊中的巨型精子團 (Wang et al., 2020)
這個長度還是保守估計，因為琥珀中精子糾纏在一起，已經不可能準確測量長度了。但這並不是已知的最長的精子。
一些可以產生巨型精子的現生介形動物甚至可以製造出遠遠超過體長的精子，有些可以達到體長的十倍以上。介形動物中目前已知最長的精子屬於南星介屬的Australocypris robusta，它的精子長度可以達到11.8 毫米，這是動物界中體積最大的精子，但依然不是最長的。
Australocypris robusta的精子 (Smith et al., 2016a)
這些精子細胞包含細胞核在內的眾多細胞器都被高度拉長，而且擰得像麻花一樣。
介形動物巨型精子結構示意圖 (Smith et al., 2016b)
放眼整個動物界，已知最長的精子屬於二裂果蠅Drosophila bifurca，這種只有幾毫米的昆蟲可以產生長達5.8釐米的超長精子，超過了體長的20倍。換算成人類的比例那一個精子的長度就有接近40米，強度足夠的話，綁在腳上都可以拿來蹦極了，非常的恐怖。
二裂果蠅Drosophila bifurca的一個精子(Lüpold et al., 2016)
當然了，果蠅的精子主要是尾巴有“億”點長，從體積上來看還是介形蟲的精子比較宏偉。
擁有巨型精子的動物長什麼樣？
介形蟲是一類隸屬於介形綱的小型甲殼動物，在海水、淡水以及一些半陸棲環境中都十分常見。
現生介形動物 (Smith et al., 2017)
它們的身體被兩瓣貝殼一樣的外殼包裹，依靠觸角遊泳，看起來像是會遊泳的迷你貝殼。這類生物在奧陶紀就已經出現，已知大約有七萬餘種，但其中只有一萬三千餘種是現存物種，其餘都是化石。它們也是地層中最常見的化石節肢動物。
雖說常見，但大多介形蟲的化石都只保留了兩瓣堅硬的鈣質外殼。而這塊琥珀卻近乎完美地保留了所有的器官，連軟組織都纖毫畢露，這是十分少見的，巨型精子的發現更是一個意外驚喜。
巨型精子的轉移大法
自然界中一夫一妻制極為罕見，一般無論雄性還是雌性動物都會和眾多個體進行交配。
在這種情況下雌性無論如何都可以保證自己的後代屬於自己，因而它們傾向於製造數量較少但投入較高的卵子，然後儘可能選擇優秀的雄性交配。
但由於雌性可能和多隻雄性交配，雄性是無法獲得上述保障的。面對成堆的“隔壁老王”，它們傾向於源源不斷地產生大量造價低廉的精子，更多的數量就有更大的機率，更快的生產就代表可以隨意播撒，處處留情。總之它們試圖以量取勝。
這就導致了大多數動物傾向去產生造價低廉但數量眾多的小精子。
就人類而言，一個身高170釐米的成年男性，其精子算上尾巴的長度也不過50微米左右，肉眼無法觀察，34000個精子首尾相接才有一人高。更大的動物，比如大象和鯨魚，其精子的尺寸也差不多，甚至比人類的還小。
人類的精子（圖片來自維基）
所以，巨型精子其實是非常反直覺的。
如此龐大的精子會帶來一個顯而易見的問題，就是要怎麼樣才能把這一大團麻線一樣的東西乾淨漂亮的射出去。
介形動物有著非常特殊的生殖系統，雌性有兩個陰道，雄性也有著成對的半陰莖用於和兩個陰道對接。在交配時，雄性會用鉤爪狀的抱握器抓住雌性，並進行生殖器的對接。
Myanmarcypris hui交配復原圖 (Wang et al., 2020)
在雄性介形蟲的體內具有兩個複雜的結構叫做曾克氏器（Zenker organ），也被稱為精子泵。這個結構擁有相當誇張的外觀，它可以通過肌肉的收縮和液壓的作用將巨大的精子一個一個泵入雌性體內，每次只能轉移一個巨型精子，因此其實叫做精子炮也不為過。
介形動物的曾克氏器（Zenker organ）外形非常的霸道 (Yamada & Matzke-Karasz, 2012)
本次研究中發現的琥珀十分完整的保留了化石介形蟲的整套生殖系統。經過與現生介形蟲的對比，研究人員們發現二者極為類似，在一億年之中這套複雜的生殖方式幾乎沒有任何變化，這方面的演化似乎停滯了，但也一定程度上表明這是一種成功的繁殖策略。
Myanmarcypris hui與現生介形動物結構對比 (Wang et al., 2020)
巨型精子的“質”勝之道
對於某些動物來說，精子進入體內之後競爭才真正開始。
許多節肢動物擁有儲精囊這種結構，這一結構可以保證精子在其內部存活，一個儲精囊可同時容納來自多個個體的精子，但只有少數幾個可以得到受精的機會。
體型更大的精子可以在儲精囊中佔據更大的空間，從而排擠較小的精子，獲得更大的受精機會。此時，既然精子之間需要在雌性體內進行硬碰硬的較量，質就比量更重要了，這或許就解釋了為什麼某些生物投入大量精力生產造價高昂的巨型精子。
“我們生來即是勝者”(Porrit & Jonathan, 1991）
最後拿一句雞湯文常用的話做結尾吧！
作為“小精子”陣營的人類，我們每個人生來都是優勝者，那天，數以億計的精子奔向唯一的目的地，只有我們成功了。從這個角度說，我們本身就是奇蹟。
參考文獻：
[1] Wang H, Matzke-Karasz R, Horne DJ, Zhao X, Cao M, Zhang H, Wang B. 2020. Exceptional preservation of reproductive organs and giant sperm in Cretaceous ostracods. Proc. R. Soc. B 287: 20201661.
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[7] Smith RJ, Zhai D, Savatenalinton S, Kamiya T, Yu N. 2017. A review of rice field ostracods (crustacea) with a checklist of species. Journal of Limnology.
[8] Pitnick S, Spicer GS, Markow TA. 1995. How long is a giant sperm?. Nature, 375(6527), 109-109.
來源：科學大院
審核：中國科學院南京地質古生物研究所 王賀博士
團隊介紹：雲海科普是來自中國海洋大學的一支有趣的科普隊伍，以年輕人特有的視角來解構看似高深的科學問題，讓你發現大自然竟然這麼好玩。
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