作者：云海科普团队
审核：中国科学院南京地质古生物研究所 王贺博士
文章来源于科学大院公众号（ID：kexuedayuan）
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中科院南京地质古生物研究所联合德国和英国的科学家在一枚缅甸化石中发现了迄今为止最古老的动物精子化石，可以追溯到一亿年前的白垩纪中期。
一个巨型精子能有多长？
研究人员们在一块仅0.676 g重的缅甸琥珀中发现了共计39只介形虫，其中有31只都隶属于同一个新属新种Myanmarcypris hui。
研究涉及的琥珀样品 (Wang et al., 2020)
这些介形动物保存的相当完好，研究人员们使用高分辨率显微断层扫描技术（显微CT）对它们的内部组织器官形态进行了还原。
Myanmarcypris hui 雌性个体三维重建动画 (Wang et al., 2020)
研究发现在长眠于琥珀中之前，其中一只雌性刚刚经历了一次成功的交配。在它充盈的储精囊中，研究人员们发现一团像毛线一样纠缠在一起的巨型精子。这团精子的长度至少有0.2毫米，约为这只雌性介形虫体长的三分之一。如果放大到人类的比例，就相当于一个人精子的长度达到57厘米，和一只成年的美国短毛猫差不多大。
Myanmarcypris hui 储精囊中的巨型精子团 (Wang et al., 2020)
这个长度还是保守估计，因为琥珀中精子纠缠在一起，已经不可能准确测量长度了。但这并不是已知的最长的精子。
一些可以产生巨型精子的现生介形动物甚至可以制造出远远超过体长的精子，有些可以达到体长的十倍以上。介形动物中目前已知最长的精子属于南星介属的Australocypris robusta，它的精子长度可以达到11.8 毫米，这是动物界中体积最大的精子，但依然不是最长的。
Australocypris robusta 的精子 (Smith et al., 2016a)
这些精子细胞包含细胞核在内的众多细胞器都被高度拉长，而且拧得像麻花一样。
介形动物巨型精子结构示意图 (Smith et al., 2016b)
放眼整个动物界，已知最长的精子属于二裂果蝇Drosophila bifurca，这种只有几毫米的昆虫可以产生长达5.8厘米的超长精子，超过了体长的20倍。换算成人类的比例那一个精子的长度就有接近40米，强度足够的话，绑在脚上都可以拿来蹦极了，非常的恐怖。
二裂果蝇 Drosophila bifurca 的一个精子(Lüpold et al., 2016)
当然了，果蝇的精子主要是尾巴有“亿”点长，从体积上来看还是介形虫的精子比较宏伟。
拥有巨型精子的动物长什么样？
介形虫是一类隶属于介形纲的小型甲壳动物，在海水、淡水以及一些半陆栖环境中都十分常见。
现生介形动物 (Smith et al., 2017)
它们的身体被两瓣贝壳一样的外壳包裹，依靠触角游泳，看起来像是会游泳的迷你贝壳。这类生物在奥陶纪就已经出现，已知大约有七万余种，但其中只有一万三千余种是现存物种，其余都是化石。它们也是地层中最常见的化石节肢动物。
虽说常见，但大多介形虫的化石都只保留了两瓣坚硬的钙质外壳。而这块琥珀却近乎完美地保留了所有的器官，连软组织都纤毫毕露，这是十分少见的，巨型精子的发现更是一个意外惊喜。
巨型精子的转移大法
自然界中一夫一妻制极为罕见，一般无论雄性还是雌性动物都会和众多个体进行交配。
在这种情况下雌性无论如何都可以保证自己的后代属于自己，因而它们倾向于制造数量较少但投入较高的卵子，然后尽可能选择优秀的雄性交配。
但由于雌性可能和多只雄性交配，雄性是无法获得上述保障的。面对成堆的“隔壁老王”，它们倾向于源源不断地产生大量造价低廉的精子，更多的数量就有更大的几率，更快的生产就代表可以随意播撒，处处留情。总之它们试图以量取胜。
这就导致了大多数动物倾向去产生造价低廉但数量众多的小精子。
就人类而言，一个身高170厘米的成年男性，其精子算上尾巴的长度也不过50微米左右，肉眼无法观察，34000个精子首尾相接才有一人高。更大的动物，比如大象和鲸鱼，其精子的尺寸也差不多，甚至比人类的还小。
人类的精子（图片来自维基）
所以，巨型精子其实是非常反直觉的。
如此庞大的精子会带来一个显而易见的问题，就是要怎么样才能把这一大团麻线一样的东西干净漂亮的射出去。
介形动物有着非常特殊的生殖系统，雌性有两个阴道，雄性也有着成对的半阴茎用于和两个阴道对接。在交配时，雄性会用钩爪状的抱握器抓住雌性，并进行生殖器的对接。
Myanmarcypris hui 交配复原图 (Wang et al., 2020)
在雄性介形虫的体内具有两个复杂的结构叫做曾克氏器（Zenker organ），也被称为精子泵。这个结构拥有相当夸张的外观，它可以通过肌肉的收缩和液压的作用将巨大的精子一个一个泵入雌性体内，每次只能转移一个巨型精子，因此其实叫做精子炮也不为过。
介形动物的曾克氏器（Zenker organ）外形非常的霸道 (Yamada & Matzke-Karasz, 2012)
本次研究中发现的琥珀十分完整的保留了化石介形虫的整套生殖系统。经过与现生介形虫的对比，研究人员们发现二者极为类似，在一亿年之中这套复杂的生殖方式几乎没有任何变化，这方面的演化似乎停滞了，但也一定程度上表明这是一种成功的繁殖策略。
Myanmarcypris hui 与现生介形动物结构对比 (Wang et al., 2020)
巨型精子的“质”胜之道
对于某些动物来说，精子进入体内之后竞争才真正开始。
许多节肢动物拥有储精囊这种结构，这一结构可以保证精子在其内部存活，一个储精囊可同时容纳来自多个个体的精子，但只有少数几个可以得到受精的机会。
体型更大的精子可以在储精囊中占据更大的空间，从而排挤较小的精子，获得更大的受精机会。此时，既然精子之间需要在雌性体内进行硬碰硬的较量，质就比量更重要了，这或许就解释了为什么某些生物投入大量精力生产造价高昂的巨型精子。
“我们生来即是胜者”(Porrit & Jonathan, 1991）
最后拿一句鸡汤文常用的话做结尾吧！
作为“小精子”阵营的人类，我们每个人生来都是优胜者，那天，数以亿计的精子奔向唯一的目的地，只有我们成功了。从这个角度说，我们本身就是奇迹。
参考文献：
[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.
[2] Matzke-Karasz R, Smith RJ, He M. 2016. Removal of extracellular coat from giant sperm in female receptacle induces sperm motility in mytilocypris mytiloides (cyprididae, ostracoda, crustacea). Cell & Tissue Research, 368(1), 1-16.
[3] Matzke-Karasz R, Smith RJ, Symonova R, Miller CJ, Tafforeau P. 2009 Sexual intercourse involving giant sperm in Cretaceous ostracode. Science 324, 1535.
[4] Smith RJ, Matzke-Karasz R, Kamiya T, De Deckker P. 2016a. Sperm lengths of non marine cypridoidean ostracods (Crustacea). Acta Zool Stockholm 97:1–17.
[5] Smith RJ, Matzke-Karasz R, Kamiya T. 2016b. Sperm length variations in five species of cypridoidean non-marine ostracods (crustacea). Cell & Tissue Research, 366(2), 483-497.
[6] Yamada S, Matzke-Karasz R. 2012. How is a giant sperm ejaculated? anatomy and function of the sperm pump, or "zenker organ," in pseudocandona marchica (crustacea, ostracoda, candonidae). Naturwissenschaften, 99(7), 523-535.
[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.
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