基于睪丸尺寸比較研究中緬樹鼩的婚配制度

諶立新， 張浩， 劉璐， 朱萬龍*， 王政昆*

(1.云南省高校西南山地生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)植物生態(tài)適應(yīng)進(jìn)化及保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，生物能源持續(xù)開發(fā)利用教育部工程中心，云南省生物質(zhì)能與環(huán)境生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明650500；2. 昆明衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院，昆明650607； 3.昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院，昆明650101)

婚配制度是野生動(dòng)物行為學(xué)領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容之一，達(dá)爾文首先從進(jìn)化的角度討論了婚配制度，認(rèn)為它是物種的一種基本進(jìn)化策略(Darwin，1871)。在隨后的研究中，尤其是Emlen和Oring(1977)關(guān)于動(dòng)物婚配的經(jīng)典論著發(fā)表以后，婚配制度逐漸被視為動(dòng)物在某一特定環(huán)境下為獲取配偶而采取的一種行為策略。經(jīng)典的婚配制度常常根據(jù)動(dòng)物的交配方式、獲得配偶方式和數(shù)量等特征進(jìn)行劃分，主要有4種類型：單個(gè)雄性與單個(gè)雌性在幾個(gè)繁殖季節(jié)單獨(dú)婚配(一雄一雌制)；一個(gè)雄性和幾個(gè)雌性在連續(xù)的幾個(gè)婚配季節(jié)婚配(一雄多雌制)；單個(gè)雌性和多個(gè)雄性在連續(xù)的幾個(gè)婚配季節(jié)婚配(一雌多雄制)；雌雄性之間沒有固定的婚配關(guān)系，彼此均有多個(gè)配偶(混交制)(Cluttonbrock，1989；Clawetal.，2018)。在研究動(dòng)物的婚配類型時(shí)，需要注意行為學(xué)上的一雄一雌和遺傳學(xué)上的一雄一雌在哺乳動(dòng)物中單獨(dú)進(jìn)化現(xiàn)象。行為學(xué)上的單配制被理解為雌雄個(gè)體在空間組織上的親密配對關(guān)系，而遺傳學(xué)上的單配制則強(qiáng)調(diào)分子遺傳學(xué)層面的排他交配情況(Reichard & Christophe，2003；Ophir，2017)。其次，以Shuster和Wade為代表的學(xué)者強(qiáng)調(diào)在劃分動(dòng)物婚配類型時(shí)，依然需要關(guān)注該物種所處棲息地的環(huán)境條件，同時(shí)，他們也提出多達(dá)10余種婚配類型(Shuster & Wade，2003)。截止目前，哺乳動(dòng)物婚配制度的研究依然是一個(gè)活躍的領(lǐng)域。

Short(1979)提出了“精子競爭假說”，認(rèn)為一雄多雌的動(dòng)物，如大猩猩屬Gorilla的物種，一個(gè)雄性獨(dú)占多個(gè)雌性交配的權(quán)利，體型大，相對睪丸較??；相比之下，在黑猩猩Pantroglodytes中，幾個(gè)雄性常常與發(fā)情的雌性產(chǎn)生交配方面的競爭，在這類多雄婚配的物種中，睪丸會(huì)進(jìn)化得更大。此外，他還認(rèn)為較大的睪丸有利于產(chǎn)生更多的精子，以便在性競爭中獲得更大優(yōu)勢。Harcourt等(1981)首次證實(shí)了在靈長類動(dòng)物中，睪丸尺寸與婚配制度之間存在相關(guān)性，交配模式引發(fā)更高精子競爭水平的婚配類型(多雄)進(jìn)化出的相對睪丸大小要比一雄一雌制的大。隨后，除了靈長類動(dòng)物以外，這種相對睪丸大小與婚配類型的相關(guān)性在多個(gè)類群中得到了研究，如魚類、兩棲動(dòng)物、鳥類、哺乳動(dòng)物和昆蟲中都得到了一致的研究結(jié)果(Jolly & Conroy，2003；Fromhageetal.，2008；Manseretal.，2017；Phametal.，2017)。

中緬樹鼩Tupaiabelangeri是外形酷似松鼠的一類雜食性小型哺乳動(dòng)物，屬攀鼩目Scandentia樹鼩科Tupaiidae，它是東南亞樹鼩中分布最北的一個(gè)種，國內(nèi)主要分布于云南、貴州、四川、廣西和海南島等地(彭燕章等，1991)。近年來，無論是基因組學(xué)還是蛋白組學(xué)的研究結(jié)果都表明中緬樹鼩與靈長類具有較近的親緣關(guān)系(Lietal.，2012；Fanetal.，2013)。中緬樹鼩特殊的進(jìn)化地位使其正逐漸成為生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域中的重要模型動(dòng)物，揭示該物種的婚配制度對其人工馴化和提高室內(nèi)繁殖成活率具有重要的生物學(xué)意義。野生中緬樹鼩常常是獨(dú)居的，具有領(lǐng)域性，雄性間對抗明顯，常常驅(qū)逐其他雄性入侵者(彭燕章等，1991)。野外很難觀察到中緬樹鼩的交配，關(guān)于該物種的婚配制度主要從領(lǐng)域性、雙親行為、配偶選擇等方面展開：人工飼養(yǎng)條件下，雄性和雌性緊密結(jié)合在一起，雌雄個(gè)體總是成對棲息于同一個(gè)巢箱里，并伴隨標(biāo)記行為(Martin，1968)。在籠養(yǎng)時(shí)2個(gè)成年雄性之間的對抗極為明顯，而雌性間卻表現(xiàn)出容忍，并有相互修飾和理毛等行為，這似乎暗示中緬樹鼩是以單個(gè)雄性為主的社會(huì)結(jié)構(gòu)(Sorenson，1974)。Kawamichi和Kawamichi(1982)用無線電項(xiàng)圈研究了中緬樹鼩的家域后發(fā)現(xiàn)，雄性中緬樹鼩的家域總是和一個(gè)或多個(gè)雌性重疊，這似乎也暗示了中緬樹鼩在自然條件下可能屬于一雄一雌制或一雄多雌制的繁殖方式。近年來，國內(nèi)中緬樹鼩的馴化繁殖逐步加大，以中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所和廣西大學(xué)等為主的單位在中緬樹鼩的養(yǎng)殖中常常采用雌雄比例為1∶1和 1∶2的配種方式進(jìn)行，能取得較高的繁殖率，而其他比例往往導(dǎo)致雌性的早產(chǎn)或流產(chǎn)的現(xiàn)象(江勤芳等，2011)。

20世紀(jì)80年代，在行為生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，一些研究發(fā)現(xiàn)動(dòng)物的性二態(tài)可以對其行為、生態(tài)及進(jìn)化等問題做出某些推測或假說，如在野生動(dòng)物中，性選擇被認(rèn)為是直接導(dǎo)致性二態(tài)發(fā)生的原因，缺乏性二態(tài)往往被認(rèn)為是一雄一雌制的典型特征(Leutenegger，1987)。中緬樹鼩的性二態(tài)研究也僅僅在毛色和體質(zhì)量上進(jìn)行。動(dòng)物性二態(tài)的定性和定量的方式也不盡相同，對其內(nèi)容和含義的理解也存在諸多爭議(吳汝康，1987)。同時(shí)，Collins(1987)也指出將性二態(tài)特征作為預(yù)測中緬樹鼩婚配類型之前，需要對其所處的棲息環(huán)境詳細(xì)了解，因?yàn)榄h(huán)境因子往往會(huì)對動(dòng)物的婚配方式產(chǎn)生巨大的影響。綜上所述，中緬樹鼩的婚配制度主要存在一雄一雌制和一雄多雌制2種假設(shè)，野外棲息狀態(tài)下的中緬樹鼩究竟采取何種婚配方式？成年雄性中緬樹鼩是否具有精子競爭？婚配制度與睪丸尺寸之間是否具有相關(guān)性？為了解決這些問題，本研究在樹鼩的繁殖季節(jié)(3—5月)，測定了雄性中緬樹鼩的睪丸質(zhì)量和體質(zhì)量，并與60種靈長類中不同婚配制度物種進(jìn)行對比分析，探究中緬樹鼩的婚配制度。

1 材料和方法

1.1 不同婚配制度靈長類動(dòng)物睪丸質(zhì)量、體質(zhì)量的數(shù)據(jù)來源

研究采用的不同婚配制度靈長類動(dòng)物的睪丸質(zhì)量和體質(zhì)量數(shù)據(jù)詳見表1，包括一雄一雌、一雄多雌、一雌多雄3種婚配制度，體質(zhì)量最小的倭狨Cebuellapygmaea到最大的西非大猩猩Gorillagorilla，共計(jì)34屬60種。

表1 不同靈長類動(dòng)物及中緬樹鼩的睪丸質(zhì)量和體質(zhì)量Table 1 Testis mass and body mass of different primates and Tupaia belangeri

續(xù)表1屬Genus物種Species睪丸質(zhì)量Testismass/g體質(zhì)量Bodymass/kg婚配制度Matingsystem參考文獻(xiàn)Reference狒狒屬Papio幾內(nèi)亞狒狒P.papio88.9031.98一雄多雌Harcourtetal.,1981東非狒狒P.anubis93.5026.40一雄多雌Harcourtetal.,1981草原狒狒P.cynocephalu52.0024.32一雄多雌Harcourtetal.,1981豚尾狒狒P.ursinus42.0031.75一雄多雌Harcourtetal.,1981阿拉伯狒狒P.hamadryas27.1020.17一雄多雌Harcourtetal.,1981獼猴屬M(fèi)acaca冠毛獼猴M.radiata48.208.65一雄一雌Harcourtetal.,1981紅面猴M.arctoide48.2010.15一雄一雌Harcourtetal.,1981食蟹獼猴M.fascicularis35.034.42一雄一雌Harcourtetal.,1981普通獼猴M.mulatta46.419.20一雄一雌Harcourtetal.,1981白眉猴屬Cercocebus白枕白眉猴C.atys25.108.68一雌多雄Hill,1966金腹白眉猴C.chrysogaster13.7810.00一雄一雌Hill,1966剛果白瞼猴C.aterrimus13.004.95一雄一雌Hill,1966侏長尾猴屬M(fèi)iopithecus侏長尾猴M.talapoin5.201.25一雄一雌Dixson,1987赤猴屬Erythrocebus赤猴E.patas7.201.11一雄一雌Harcourt,1991美狐猴屬Eulemur褐美狐猴E.fulvus7.782.25一雌多雄Petter-Rousseaux,1964黑美狐猴E.macaco16.622.50一雌多雄Petter-Rousseaux,1964狨屬Callithrix銀狨C.argentata1.830.36一雄一雌Dixson,1987普通狨C.jacchus1.300.32一雄一雌Dixson,1987金獅狨屬Leontopithecus金獅面狨L.rosalia1.480.55一雄一雌Dixson,1987檉柳猴屬Saguinus黑須檉柳猴S.nigricollis3.800.47一雄一雌Dixson,1987赤掌檉柳猴S.midas1.830.57一雄一雌Dixson,1987領(lǐng)狐猴屬Varecia領(lǐng)狐猴V.variegatus17.174.75一雄一雌Bogartetal.,1977毛狐猴屬Avahi蓬毛狐猴A.laniger2.091.30一雄一雌Petter-Rousseaux,1964大猩猩屬Gorilla西非大猩猩G.gorilla29.60169.00一雌多雄Short,1979猩猩屬Pongo婆羅洲猩猩P.pygmaeus34.2069.00一雌多雄Dixson,1987長鼻猴屬Nasalis長鼻猴N.larvatus13.8021.55一雄一雌Schultz,1938蛛猴屬Ateles黑掌蜘蛛猴A.geoffroyi13.407.94一雄一雌Harcourtetal.,1981夜猴屬Aotus夜猴A.trivirgatus1.021.02一雄一雌Harcourtetal.,1981嬰猴屬Galago塞內(nèi)加爾嬰猴G.senegalensis1.660.22一雄一雌Hill,1960吼猴屬Alouatta鬃毛吼猴A.palliata23.007.26一雄一雌Harcourtetal.,1981松鼠猴屬Saimiri松鼠猴S.sciureus3.200.78一雌多雄Harcourtetal.,1981黑猩猩屬Pan黑猩猩P.troglodytes44.34118.80一雌多雄Short,1979獅尾狒屬Theropithecu獅尾狒T.gelada17.1020.40一雌多雄Hill,1970短肢猴屬Allenopithecus沼澤猴A.nigroviridis16.965.00一雌多雄Hill,1966倭狨屬Cebuella倭狨C.pygmaea0.330.13一雄一雌Soini,1993禿猴屬Cacajao白禿猴C.calvus5.803.45一雄一雌Hill,1966烏葉猴屬Trachypithecus印度烏葉猴T.johnii4.1210.20一雄多雌Short,1979越南烏葉猴T.hatinhensis3.106.42一雄多雌Short,1979長尾葉猴屬Semnopithecus喜馬拉雅灰葉猴S.schistaceus3.9112.15一雄多雌Short,1979冠白瞼猴屬Lophocebus灰頰冠白瞼猴L(fēng).albigena3.417.25一雄多雌Short,1979綠猴屬Chlorocebus黑臉綠猴C.aethiops1.423.25一雄多雌Short,1979樹鼩屬Tupaia中緬樹鼩T.belangeri1.140.11—本研究

1.2 雄性中緬樹鼩睪丸和體質(zhì)量的測定

研究地點(diǎn)位于云南省昆明市以西50 km處的西山區(qū)?？诹謭?，所用的38只中緬樹鼩均為野外捕捉：2018年3—5月，在獲得林場單位批準(zhǔn)后，采用以蘋果為誘餌的金屬網(wǎng)格捕鼠籠放置在中緬樹鼩常出現(xiàn)的灌木叢下或倒下的樹干旁，周圍撒上誘餌。每隔1～2 h檢查一次陷阱，一旦抓獲，保留健康成年雄性中緬樹鼩，記錄基本信息(體質(zhì)量、捕獲地點(diǎn))，并將其轉(zhuǎn)移到布織袋中稱重帶回實(shí)驗(yàn)室，斷頸處死，解剖其睪丸，采用電子天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司)測定睪丸質(zhì)量，精確到0.01 g。

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 研究結(jié)果

采用已知婚配制度的60種靈長類動(dòng)物與中緬樹鼩的相對睪丸大小與體質(zhì)量的對比研究發(fā)現(xiàn)，靈長類動(dòng)物交配系統(tǒng)的進(jìn)化與相對睪丸大小的進(jìn)化有顯著的相關(guān)性(圖1)，一雄一雌制物種的相對睪丸大小小于一雌多雄制和一雄多雌制。本研究中，體質(zhì)量較大的靈長類物種的睪丸質(zhì)量也較大(r=0.31，P<0.05)，睪丸質(zhì)量在3種婚配類型之間的差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F2，57=11.36，P<0.01)，其中，一雄多雌制物種的睪丸質(zhì)量最大，而一雄一雌制的最輕。體質(zhì)量與婚配制度之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F2，57=4.09，P<0.05)，雄性中緬樹鼩體質(zhì)量為113.29 g±9.07 g，睪丸質(zhì)量為1.14 g±0.25 g(表2)。

圖1 中緬樹鼩和60種靈長類動(dòng)物睪丸質(zhì)量對數(shù)與體質(zhì)量對數(shù)的關(guān)系Fig. 1 Relationship between log testis mass and log body mass in Tupaia belangeri and 60 primate species

表2 雄性中緬樹鼩體質(zhì)量和睪丸質(zhì)量Table 2 Descriptive statistics of body mass and testis mass of male Tupaia belangeri

3 討論

雄性哺乳動(dòng)物的睪丸由曲細(xì)精管與間質(zhì)細(xì)胞組成，其尺寸與性行為和婚配方式息息相關(guān)，主要功能有：制造精子、生成雄性激素、吸引異性等(Vellnowetal.，2018)。精子是一類在復(fù)雜環(huán)境中以微觀水平發(fā)揮作用的特化細(xì)胞群，同一類群的哺乳動(dòng)物相對睪丸大小差異是在不同婚配方式和精子競爭的水平上發(fā)展起來的(Gage & Freckleton，2003；Rowleyetal.，2019)。在雄性生殖特征中，睪丸的相對大小呈現(xiàn)出與精子競爭水平的一致性。不同的交配策略和雄性對雌性的壟斷情況往往可以通過一系列的行為和形態(tài)適應(yīng)所反映出來(Lynch & Michael，1991)。研究表明，一雄多雌制和單配制動(dòng)物在睪丸大小上區(qū)分尤為明顯，因?yàn)閱闻渲莆锓N的睪丸尺寸相對較小，精子競爭水平較低(Short，1997)。其次，雄性在野外往往只壟斷1只雌性，無需進(jìn)化出龐大的體型或者特殊性狀來壟斷交配。近年來，有學(xué)者又在西非大猩猩、黑猩猩和紅毛猩猩Pongopygmmaeus睪丸的顯微結(jié)構(gòu)和相對精子產(chǎn)生的比較研究中提出一種更能反映精子競爭的新指標(biāo)——生精指數(shù)，該指標(biāo)與精子產(chǎn)生密切相關(guān)，也是預(yù)測和評估哺乳動(dòng)物婚配類型的一個(gè)實(shí)用性指標(biāo)(Fujii-Hanamotoetal.，2011)。由此可見，睪丸這一伴隨著哺乳動(dòng)物的出現(xiàn)而進(jìn)化出來的性器官，其尺寸的進(jìn)化和交配方式及精子的競爭水平息息相關(guān)，當(dāng)來自不同雄性的精子爭奪受精權(quán)時(shí)，精子和睪丸的競爭就存在了，它們被視為一種強(qiáng)大的進(jìn)化力量，最終導(dǎo)致了一系列豐富的性選擇適應(yīng)(Kahrletal.，2019)。

野生哺乳動(dòng)物的睪丸相對大小和交配系統(tǒng)之間具有密切的關(guān)系，使得睪丸的解剖學(xué)證據(jù)可在大體上預(yù)測或確認(rèn)未知?jiǎng)游锏幕榕浞绞?Fietz，1999)。本研究中60種靈長類動(dòng)物的體質(zhì)量和睪丸質(zhì)量的數(shù)據(jù)與中緬樹鼩的對比分析表明，睪丸尺寸與不同婚配類型存在相關(guān)性，一雄多雌制的靈長類動(dòng)物的睪丸尺寸要比一雌多雄制和一雄一雌制的靈長類動(dòng)物要大，與部分研究結(jié)果一致(Harcourtetal.，1995；Kappeler，1997)。本文首次以睪丸質(zhì)量作為依據(jù)，對野生中緬樹鼩的相對睪丸大小和婚配類型之間的關(guān)系進(jìn)行了探究，較小的睪丸相對比表明中緬樹鼩的精子競爭是微弱的，推測中緬樹鼩的婚配制度可能為一雄一雌制。值得注意的是，近些年，來自DNA指紋、微衛(wèi)星DNA等方面的分子遺傳學(xué)證據(jù)逐漸揭示出動(dòng)物的婚配制度比以往所認(rèn)為的更加復(fù)雜和多樣化，為了更好地確認(rèn)該物種的婚配制度，未來可結(jié)合DNA分子技術(shù)尋找野外中緬樹鼩個(gè)體間的親緣關(guān)系來完成。