卵子|为什么人类卵子的体积是精子的1000多万倍？
在大多数现生动物中 ， 卵细胞的体积总是比精细胞大得多 。以人类为例 ， 单个卵子的体积是精子的1000万倍 。
在一项新研究中 ， 美国西北大学工程科学与应用数学系的研究人员发现 ， 这种悬殊的体积差异是由竞争和自然选择造成的 。
【卵子|为什么人类卵子的体积是精子的1000多万倍？】研究人员开发了一个数学模型 ， 考虑了动物进化史上非常早期的一段时间 ， 即原始物种还通过体外进行受精并繁殖的时期 。
在该模型中 ， 更大的生殖细胞（即配子）具有更明显的竞争优势 ， 因为它们可以为潜在的合子提供更多营养；不过 ， 更小的配子在产生时只需要很少的资源 ， 这就减少了父母的压力 。
该研究的主要作者、美国西北大学麦考密克工程学院工程科学与应用数学系教授丹尼尔·艾布拉姆斯说：“生物体要么用最多的资源配给来产生最大的配子 ， 要么用最少的资源来产生最小的配子 。根据有性繁殖和自然选择的合理假设 ， 我们认为 ， 这种体型上的巨大差异几乎是不可避免的 。”
这项研究发表在《理论生物学杂志》（Journal of Theoretical Biology）网络版上 。艾布拉姆斯实验室的博士研究生约瑟夫·约翰逊是这篇论文的第一作者 ， 本科生内森·怀特和阿兰·康加比尔也参与撰写了这篇论文 。
该研究小组的模型从同配生殖（isogamy）开始 ， 在这种原始状态下 ， 所有配子的大小都大致相同 ， 尚不存在明显的性别差异 。
然后 ， 研究小组开发并应用了一个简单的数学模型 ， 以说明同配生殖如何转变为异配生殖（anisogamy） 。
在异配生殖中 ， 配子要么非常小 ， 要么非常大——这便是精细胞和卵细胞的前身 。产生精细胞的个体被定义为雄性 ， 产生卵细胞的个体则被定义为雌性 ， 也就是我们今天所熟悉的生物学性别 。
在该模型中 ， 异配生殖是在资源有限的环境中不断竞争而产生的 。如果配子因为在体积上比邻近配子更有优势而更有可能存活下来 ， 那就会导致一场有利于更大配子的“军备竞赛” 。
另一方面 ， 为了产生大量的生殖细胞 ， 就要求生物体本身需要越来越多的资源 。不过 ， 它们可以通过产生大量微小的配子来节省资源 。
“在进化早期 ， 有性生殖刚刚出现的时候 ， 配子是对称的 ， 但这种对称性被打破了 ， ”艾布拉姆斯说 ， “我们最终发现 ， 一些生物体专门产生大配子 ， 另一些专门产生小配子 。”
艾布拉姆斯表示 ， 至今仍未解开的一个谜题是 ， 为什么自然界中仍然存在一些同配生殖的物种 。例如 ， 一些藻类和真菌要么是无性繁殖 ， 要么会产生对称的交配型 。
“从查尔斯·达尔文开始 ， 关于异配生殖的起源有很多不同的理论 ， ”艾布拉姆斯补充道 ， “进化生物学中的问题很难验证 ， 因为我们只能研究当今的物种 。我们无法看到它们数十亿年前的样子 ， 而利用数学模型 ， 我们可以获得新的观点和见解 。”
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