精子和卵子可能微小得令人难以置信,比人类的小得多,又或者它们可能大得出乎意料。

地球上公认的最大的细胞(地球上最大和最小的生殖细胞)(1)

精子是人体生物中最小的细胞,但也是最复杂的细胞之一。卵子是最大的细胞,并且同样复杂。深入观察自然世界,这些生殖细胞或配子的多样性是真的与众不同。

大多数物种有两个配子,我们把它们叫做雄性和雌性。

“配子有两项本职工作:携带资源来培育产生的后代,找到相同物种的配子并与它们结合。这两方面都做好是一种挑战,因为这两种工作在对等交换中产生了相反的驱动。”来自英国东英吉利亚大学的Matthew Gage解释道。

“一种最佳条件是生产最大化后代生存的配子,因此,进化产生了巨大、有营养的配子,我们称之为卵子,由雌性生产。

另一种最佳条件是生产最大化结合的配子,因此,进化产生了数以百万计的配子,我们称之为精子,由雄性产生。”

一只海星精子在卵子上(致谢:Visuals Unlimited/naturepl.com)

二裂果蝇生产像线团一样的精子细胞。当科学家解开这种细胞并将它从头量到尾时,他们发现,它几乎有6厘米长。这比雄蝇的整个身体长20倍。

在2016年发表的一项研究中,研究人员认为,这些“巨型精子”等同于细胞的孔雀尾巴。也就是说,它们进化是因为雌性青睐长精子。

然而更大显然并不总是更好。在天平的另一端,已知的最小的精子属于称为Cotesia congregata的寄生蜂。精子长度小于7微米(0.0007厘米)。

根据英国谢菲尔德大学的Rhonda Snook,精子大小的极端变异有几种可能的解释。

地球上公认的最大的细胞(地球上最大和最小的生殖细胞)(2)

卵子有许多不同的型号(致谢:Sinclair Stammers/naturepl.com)

Snook的研究显示,自然选择过滤掉一切,除了精子最成功的形状和大小。长的和短的精子可能受青睐似乎有点奇怪,但这是竞争和选择的事情。

当雌性与多个雄性交配时,精子细胞必须竞争,因为只有最适合的会击败其竞争对手从而与卵子结合。这种压力导致了无数的适应性,包括果蝇精子的那些巨大的尾巴。其他超强竞争的精子的例子包括潮虫的,它们形成“火车”相互合作,以及一些苍蝇和甲虫的精液,对竞争的精子放毒。

一些物种的雌性可以选择哪个精子与它们的卵子结合。

雄性使用最广泛的策略之一是“交配塞”,防止其他雄性进入雌性的生殖道。交配塞被蜘蛛、大黄蜂、松鼠,甚至一些灵长类动物使用。

但在繁殖游戏中,每个雄性要么必须制造大量小精子取得数量上的优势,要么将他所有的潜能投入少量更强壮的精子中。最好的选择取决于几个因素,包括精子必须游多远,雄性用舞蹈、歌声或振动的彩色背部吸引雌性后还剩下多少能量。

更重要的是,2015年的一项研究表明,更大的哺乳动物产生更小的精子,因为雌性的生殖道更大。这是有意义的,你想想:场地更大,你可能需要更多的球员。

除此之外,有神秘的雌性选择的可能性:一些物种的雌性可以选择哪个精子与它们的卵子结合。突然间,大自然种类繁多的精子细胞似乎不那么令人惊奇了。

“我们对是否主要是精子的竞争或神秘的雌性选择导致精子形态学的变化了解不多,”Snook说道。“但像最科学的问题一样,它很可能是这些选择压力的组合。”

雌性的生殖细胞一样复杂。

地球上公认的最大的细胞(地球上最大和最小的生殖细胞)(3)

鸵鸟雏鸟(鸵鸟)孵化(致谢:Ostrich chick (Struthio camelus) hat

有生命的动物生产的最大的蛋属于鸵鸟。它比鸡蛋大20倍,测量大约15厘米高,13厘米宽。相比之下,最小的鸟蛋是小蜂鸟的:测量不到7毫米,豌豆大小。

我们在使用“卵”这个词的方式上有点不一致

英国谢菲尔大学的Tim Birkhead著有《最完美的事》:鸟蛋的内部(和外部)。他说,在鸟类中,蛋的尺寸大致与身体大小成比例,但一些明显的例外是阻止事情变得过于简单。

“乌鸦(渡鸦)和常见的海燕(Uria aalge)体型相似,体重大约1公斤,”他说道。“然而,一只乌鸦蛋的重量只有雌性身体重量的3%,而一只海燕蛋的重量大约是雌性身体重量的12%。”

Birkhead说,决定蛋的大小的一个关键因素是这个物种的幼小是如何成长的。“生产早熟——孵化时发育良好——雏鸟的物种通常产生相对较大的蛋,依照乌鸦与海燕比较的情况,”他说。

这尤其让人费解,因为我们在使用“卵”这个词的方式上有点不一致。

地球上公认的最大的细胞(地球上最大和最小的生殖细胞)(4)

人类的卵细胞或“卵母细胞”(致谢:Phanie/Alamy)

当你试着将直径0.12毫米的人类卵子与55毫米长的鸡蛋相比较时,这是显而易见的。关键是,鸡蛋不仅仅是卵细胞:还有很多其他东西在里面。

如果你想看世界上最小的卵细胞,你将需要一些重要的放大率

当人类女性在子宫内培育后代时,产卵物种如鸡必须提供足够的基本营养素给它们的后代在母体外的发育。为了做到这点,它们制造了一个结构——有点令人困惑也称为蛋——结合食物、水和来自自然力量的保护。动物王国的许多动物都是这样做的,包括鸟类、昆虫和鱼类。

你可以精确地找到鸡蛋中发育成胚胎的部分,但它不能在没有连贯营养和外壳的情况下做到这些。通过这一论据,鸵鸟蛋仍然是地球上最大的卵细胞。

根据Birkhead,又是进化平衡决定卵的大小。在某些情况下,更少、更大的卵可能是最好的做法,而其他物种玩数字游戏。

地球上公认的最大的细胞(地球上最大和最小的生殖细胞)(5)

精子可能比你想象的要大得多(致谢:Alexey Kotelnikov/Alamy)

如果你想看世界上最小的卵细胞,你将需要一些重要的放大率。

根据佛罗里达大学昆虫学家1994年的一项审查,将卵下在其他小动物身上的寄生虫通常有最小的卵。

也许不足为奇的是,关于如此微小的卵的数据很难找到。根据1994年的一项审查,一种称为Clemelis pullata的微小寄生苍蝇已知有最小的卵。它们测量是0.027毫米乘0.02毫米。

然而,目前还没有人研究称为仙人峰的小型寄生蜂的生殖细胞。这些微小的昆虫是部分世界上最小的昆虫,通常测量仅有0.5到1毫米长。

总的来说,似乎它们的卵是相当小的。

原文来自:http://www.bbc.com/earth/story/20170419-the-largest-and-smallest-sex-cells-on-the-planet

,