竞争和自然选择驱动着精子和卵细胞的尺寸差异

　　在大多数活动物中，卵细胞比精子细胞大得多。例如，在人类，一个卵子的体积是精子的1000万倍。
　　在一项新的研究中，西北大学的研究人员发现，竞争和自然选择导致了这种奇怪的尺寸差异。
　　利用数学模型，研究人员认为进化的早期，原始物种通过外部受精繁殖。在该模型中，较大的生殖细胞或配子具有竞争优势，因为它们能够为潜在的受精卵提供更多的营养。不过，较小的配子所需的资源较少，对父母的压力较小。有机体要么需要生产出最大的配子和最多的粮食，要么需要最小的配子才能使用最少的资源。我们认为，基于有性生殖和自然选择如何工作的合理假设，这种大小差异几乎是不可避免的。
　　丹尼尔·艾布拉姆斯，西北大学，高级作者
　　这项研究于近日在线发表于《理论生物学杂志》上。
　　艾布拉姆斯是西北大学麦考密克工程学院工程科学和应用数学教授。约瑟夫·约翰逊(JosephJohnson)是艾布拉姆斯实验室的博士候选人，也是论文的第一作者。内森·怀特和阿兰·康加贝尔是艾布拉姆斯实验室的本科生，共同撰写了这篇论文。
　　研究模型是从等分开始的，这是一种原始状态，所有配子的大小大致相同，不同的性别还不存在。然后，研究小组开发并应用了一个简单的数学模型来展示。在这种状态下，配子要么变得非常小，要么变得相当大--这是今天与生物性别相关的精子和卵子的前体。
　　在该模型中，异妻制（anisogamy ）是为了在资源有限的环境中生存而从竞争中产生的。如果配子比邻居在大小上有优势，那么配子更有可能存活下来，从而导致一场有利于越来越大的配子的＂军备竞赛＂。但是，如果不需要越来越多的资源，生物体就不可能产生更多的细胞然而，他们可以通过生产大量的小配子来节省资源。
　　艾布拉姆斯说：＂在进化初期，有性生殖出现时，配子是对称的，但这正是这种对称性断裂的地方。＂＂我们最终有一些生物专门从事大型配子，另一些专门研究小配子。＂
　　艾布拉姆斯说，还有一个谜团是为什么今天仍然存在一些物种。某些种类的藻类和真菌，例如，无性繁殖或对称交配类型。
　　艾布拉姆斯说：＂关于异妻制是如何出现的，有很多不同的理论，可以追溯到查尔斯·达尔文。进化生物学中的问题很难检验，因为我们只能研究今天的物种。我们无法看到它们在数十亿年前的样子。使用数学模型可以获得新的洞察力和理解。＂
　　更多资料：Johnson, J. D., et al. (2021) A dynamical model for the origin of anisogamy. Journal of Theoretical Biology. doi.org/10.1016/j.jtbi.2021.110669.