生物信息學(xué)習(xí)的正確姿勢(shì)

NGS系列文章包括NGS基礎(chǔ)、在線繪圖、轉(zhuǎn)錄組分析?（Nature重磅綜述|關(guān)于RNA-seq你想知道的全在這）、ChIP-seq分析?（ChIP-seq基本分析流程）、單細(xì)胞測序分析?(重磅綜述：三萬字長文讀懂單細(xì)胞RNA測序分析的最佳實(shí)踐教程)、DNA甲基化分析、重測序分析、GEO數(shù)據(jù)挖掘（典型醫(yī)學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)GEO數(shù)據(jù)分析 (step-by-step)）、批次效應(yīng)處理等內(nèi)容。

介形蟲的生態(tài)復(fù)原圖。制圖：南京地質(zhì)古生物研究所/楊定華

小生命有大奇跡這句話確實(shí)對(duì)得起最近發(fā)現(xiàn)的遠(yuǎn)古物種。來自中科院南京地質(zhì)古生物研究所的科學(xué)家在一枚緬甸化石中發(fā)現(xiàn)了一種甲殼亞門動(dòng)物，這些僅僅只有0.6毫米的介形蟲體內(nèi)還保留著1億年前的精子。這一研究直接將已知的動(dòng)物精子信息推到了白堊紀(jì)，也找到了目前發(fā)現(xiàn)的最古老的動(dòng)物精子。

撰文丨楊心舟

介形蟲是一類具有雙瓣殼的水生微型甲殼類動(dòng)物，外觀看起來就像擁有肢體的植物種子。它們通常只有1毫米長，但產(chǎn)生的精子卻異常巨大，在最夸張的情況下，它們的精子可以長達(dá)1.18厘米（相比之下，人類的精子長度只有約55微米）。

介形蟲在地球上已經(jīng)生存了將近5億年，它也是最豐富的節(jié)肢動(dòng)物化石來源，其能夠提供奧陶紀(jì)以來的古環(huán)境變化和節(jié)肢動(dòng)物的演化信息。但遺憾的是，大部分介形蟲化石留下的都是它們的外殼，里面的軟組織部分幾乎沒有殘存。

獨(dú)一無二的琥珀

不過最近，南京地質(zhì)古生物研究所的科學(xué)家展示了一枚非常特殊的緬甸琥珀，不同于以往只有鈣化硬殼的化石，這枚琥珀里面完整地保留了介形蟲的軟組織部分，包括附肢、抱握器、曾克氏器（精子泵）、半陰莖、儲(chǔ)精囊、卵和巨型精子都完好無損地存留了下來。

并且這枚琥珀里面可以說是保存下了一個(gè)介形蟲的小社群，一共有39只介形蟲出現(xiàn)在了這一枚琥珀中，雄性、雌性和幼蟲樣本全都有。其中有31只是之前從未發(fā)現(xiàn)過的介形蟲種類，現(xiàn)在這一新物種也根據(jù)發(fā)現(xiàn)者和琥珀來源被命名為Myanmarcypris hui。

借助于X射線斷層攝影技術(shù)，研究者成功地展示它們軟組織結(jié)構(gòu)的高清三維圖像。這種技術(shù)能夠顯示整個(gè)生物和單個(gè)細(xì)胞的三維內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及定量信息，并探測出物體小于1%的密度變化，許多骨頭和化石樣本都會(huì)使用這種技術(shù)來展示結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。

通過該技術(shù)，雄性的抱握器、曾克氏器以及雌性的受精囊都清晰地展示在了研究者的眼前，除此之外，最令人意外的是雌性受精囊中還含有精子。這些生殖特征，甚至是巨大的精子與現(xiàn)存的一些介形蟲都是高度相似的。

根據(jù)研究，有一只雌性介形蟲的受精囊處于擴(kuò)張的狀態(tài)，在通過透明化處理的重建圖片中，可以看到雌性體內(nèi)還有著4顆卵，另外還有彎彎曲曲的條狀物，而這些條狀物就是雄性剛釋放不久的精子。這只雌性介形蟲可能剛與雄性成功交配之后就立馬被包埋在了琥珀之中，這也造就了珍稀的介形蟲化石，這枚琥珀幾乎是將介形蟲的整個(gè)生殖過程全部記錄了下來。

綠色代表的是卵，橙色代表的是精子聚集體

當(dāng)然，化石能夠提供的信息也就是纏成一團(tuán)的精子，因此想要直接斷定精子有多長還是比較困難。研究推測，這只雌性體內(nèi)的精子長度在200微米左右，約為介形蟲身長的三分之一，也達(dá)到人類精子長度的約4倍。

最古老的精子

這次發(fā)現(xiàn)的精子將最古老動(dòng)物精子的記錄刷新了一大截。之前的記錄還是由南極洲發(fā)現(xiàn)的一種環(huán)節(jié)動(dòng)物保持的。2015年，科學(xué)家在南極地區(qū)蛭綱蠕蟲的卵繭化石中找到了精子的痕跡，其也代表著來自5000萬年前的精子形態(tài)。并且，遠(yuǎn)古蠕蟲中的精子形態(tài)也與當(dāng)今環(huán)節(jié)動(dòng)物的無差。新研究直接把這一紀(jì)錄往前推了5000萬年。

而此前最古老的介形蟲精子來自于2014年，慕尼黑大學(xué)的生物學(xué)家Renate Matzke-Karasz在澳大利亞的一處洞穴中找到的一份介形蟲化石。當(dāng)時(shí)的分析確定這份化石的年份大約距今2300萬~1600萬年。而這次研究的第一作者王賀在重建了介形蟲的3D圖像后，就立即發(fā)給了 Matzke-Karasz進(jìn)行鑒別，“我看到圖片就意識(shí)到這是目前最古老的動(dòng)物精子，”他表示。

當(dāng)然，這次新研究找到的介形蟲精子只能說是最古老的動(dòng)物精子。而某些介形蟲的精子長度即使有1厘米以上仍稱不上動(dòng)物界最大。有些果蠅的精子長度能達(dá)到幾厘米，介形蟲還是要稍遜一籌的。不過，這次的新發(fā)現(xiàn)讓我們有機(jī)會(huì)窺視到這個(gè)物種的演化史：從1億年前，到1600萬年前，再到現(xiàn)存的介形蟲，它們的外觀和生殖特征上沒有什么顯著變化。

相互比較不同年代的介形蟲信息就能發(fā)現(xiàn)，在介形蟲產(chǎn)生交配行為時(shí)，無論是一億年前琥珀中的這只，還是現(xiàn)代的介形蟲，它們都需要通過借助像鉤子一樣的抱握器來抓住雌性。一旦它們軀體保持穩(wěn)定，雄性就會(huì)通過曾克氏器將巨型精子送入雌性體內(nèi)。

當(dāng)精子進(jìn)入雌性的生殖道后，會(huì)經(jīng)過一段比較長的通道之后最后到達(dá)受精囊。在受精囊里，精子才會(huì)開始具有移動(dòng)性，并變成更加有形態(tài)的聚集體，最終接觸到卵完成受精過程。

演化停滯同樣可行

當(dāng)然，你可能會(huì)不太理解只有0.6毫米的個(gè)體，為何要產(chǎn)生比身體還長的精子？這其實(shí)是一種持續(xù)數(shù)億年的生殖競爭造就的結(jié)果。介形蟲和人類不一樣，經(jīng)常會(huì)有多個(gè)雄性試圖讓同一個(gè)受精，為了爭奪繁衍的權(quán)利，雄性不得不使出最具競爭力的生殖方式。

精子在接觸雌性介形蟲卵子之前，需要經(jīng)過一段螺旋式的通道，這個(gè)通道長度比雌性個(gè)體都要長，因此雄性需要利用更長的精子來爭取第一個(gè)接觸到卵子完成受精，那些長度不夠的精子往往難以完成這一復(fù)雜的旅程，因此在數(shù)億年的演化過程中，具有高競爭力的長精子被保留了下來。而琥珀中的證據(jù)也讓我們看到，這一策略的確非常可行，因此才流傳至今。

這些介形蟲和巨大精子也說明了演化并不一定是朝前行進(jìn)的，演化停滯同樣會(huì)被生物接納。只要能夠保證生物的生存和繁殖，那么這種策略就值得保留，即使保留的時(shí)間是數(shù)億年。

圖片來源論文

原始論文：

Exceptional preservation of reproductive organs and giant sperm in Cretaceous ostracods

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2020.1661

---

往期精品(點(diǎn)擊圖片直達(dá)文字對(duì)應(yīng)教程)

后臺(tái)回復(fù)“生信寶典福利第一波”或點(diǎn)擊閱讀原文獲取教程合集

點(diǎn)擊【在看】，及時(shí)接收我們的內(nèi)容更新?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的这份精子保存了1亿年，不仅长度惊人还刷新了一项记录的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。