人與自然 [中配]雄性海馬的驚人懷孕秘密！

你正在水族館觀察一隻雄性海馬 突然它的肚子開始劇烈抽搐 劇烈地收縮 然後就爆炸了 數百隻完全成型的小海馬 像水下的煙花一樣 從它的身體裏噴湧而出 等一下 它的身體 誒 雄性剛剛產下幼崽 不是雌性 雄性 在你認爲這只是雄性海馬 在浴袋裏攜帶卵子的之前 讓我先打斷你 2015年 研究人員測試了海馬的基因組 發現了一些本不可能存在的東西 雄性海馬產生泌乳素 這種激素在懷孕的哺乳動物中 會觸發乳汁的產生 它們產生魚類版本的催產素 也就是分免激素 2016年的一項研究發現 它們的育兒囊與哺乳動物的子宮 在遺傳上更相似 而非魚類卵結構 雄性海馬並沒有攜帶卵子 它們有一個功能性的子宮 它們通過血管滋養胚胎 調節環境 提供免疫保護 還經歷真正的分免過程 這並不是一些罕見的奇事 所有47種海馬都是這樣做的 每一個都一樣 在過去的2500萬年裏 雄性海馬一直在懷孕 所以 進化觀察了數百萬年的雌性懷孕後說 不再這樣了 科學家是如何弄清楚這一點的 現在 海馬確實讓人類困惑了幾個世紀 意大利科學家菲利波·伯南尼認爲 海馬是從海泡沫中誕生的 就這樣 劈啪一下自然生成 直到1792年 荷蘭解剖學家彼得·伯特特 纔對海馬進行了解剖 發現脹大的帶子是在雄性上 但即便是他也錯了 他以爲雄性只是在外部攜帶卵子 就像某種水下保姆一樣 突破發生在1870年 當時英國動物學家亞瑟·威廉·巴克蘭 親眼目睹了交配過程 他看到雌性海馬將卵子放入 雄性海馬的育兒帶中 幾個星期後小海馬便會出現 但他仍然不明白裏面發生了什麼 現代的理解出現在2002年 當時悉尼大學的研究員卡米拉·惠廷頓 對懷孕的雄性海馬帶 進行了電子顯微鏡觀察 而他所發現的令人震驚 帶部內部具有類似胎盤的結構 擁有廣泛的毛細屍管網絡 爲胚胎提供營養和氧氣 不是外部育胎 而是真正的內部懷孕 最近的一項突破發生在2022年 中國研究人員發現 雄性海馬在懷孕期間 會在育兒帶內抑制免疫系統 正如懷孕的哺乳動物 爲了防止排斥胎兒所做的那樣 雄性海馬獨立演化出了 與哺乳動物發展相同的機制 而這一過程花費了 哺乳動物數百萬年的時間 雄性懷孕器官 我們來談談這個育兒帶 因爲把它稱爲簡單的帶子 就像把人類的子宮 稱作一個帶子一樣 複雜程度令人震驚 這個育兒帶 位於雄性海馬的腹部 由兩層皮膚摺疊形成 完全密封 2015年的VCT掃描研究顯示 內部稱有特殊組織 含有每平方毫米 3000到5000個血管網絡的 毛細血管網絡 相比之下 人類胎盤每平方毫米 有2000到3000個毛細血管 雄性海馬的妊娠結構 比人類的血管化程度更高 這些血管排列成 稱爲營養絲的結構 源自希臘語的Trophonamida 它們是海馬相當於 胎盤絨毛的結構 能夠主動轉移營養 一項2016年的追蹤研究表明 雄性海馬通過血液供應 向發育中的胚胎轉移鈣 氨基酸 脂質 甚至抗體 雄性海馬實際上在給小海馬餵養 就像哺乳動物母親一樣 但事情到這裏變得更加離奇 育兒帶的環境調節得極爲精確 當卵子剛進入時 內部環境與雌性的體液相匹配 鹽度約爲60-70%的海水 但在懷孕期間 雄性逐漸將其改變爲100%的海水鹽度 直到分娩 一項2017年的研究 對多種物種進行了滲透調節的測量 發現雄性通過使用專門的轉勻蛋白 主動向囊壁內迸送離子來進行此項調節 它們通過改變液體成分 逐漸爲寶寶在袋子外的生活做準備 這就像一個減壓倉 但用的是海水 求偶一世 但是在懷孕之前 海馬必須教配 甚至這也很奇怪 海馬是單配的 一項2007年的研究跟蹤了大肚海馬 發現82%的配對 在整個繁殖季節中保持在一起 有些甚至是一生一對 它們並不僅僅是相遇和教配 每天早晨 成隊的海馬進行一個持續5到10分鐘的問候儀式 它們找到彼此 變換爲鮮豔的顏色 進行同步的舞蹈 2003年發表的研究發現 這一日常儀式加強了配對關係 同步繁殖時機 讓伴侶評估教配的準備情況 當雙方都準備好時 真正的教配舞蹈開始了 而這可以持續數小時 一項2011年的研究 記錄了持續2到9小時的教配過程 這對海馬在水中以複雜的圖案遊動 反覆向水柱上方升降 顏色變化豐富 然後在關鍵時刻 它們垂直對齊 雄性打開它的育兒囊 此性將產卵器直接插入其中 卵子的轉移只需6秒 6秒中可以產下50到1500個卵 具體數量取決於物種 這就是關鍵部分 此性放置卵子時 雄性同時在它的育兒帶內釋放精子 受精發生在雄性的體內 這是真正的內部受精 在魚類中極爲罕見 大多數魚類將卵子和精子釋放到水中 寄希望於它們相遇 海馬通過在雄性體內進行受精 來確保受精成功 懷孕期間會發生什麼 懷孕持續時間因物種而異 範圍在14到28天之間 在此期間胚胎精力完全發育 它們起初是1到1.5毫米的受精卵 48小時內 它們的眼睛就會明顯可見 到第5到7天 心跳開始出現 到第10到14天時 它們已經完全形成了迷你海馬 雄性的身體發生變化 一項2015年的激素研究發現 激素水平與懷孕的哺乳動物驚人的相似 催乳素增加400%到600% 脾脂醇增加200%至300% 在分娩前 結合激素依託性會劇增 雄性活動減少 花更多時間固定在海草上 它們的進食頻率增加30%到50% 以支持懷孕 它們在妊娠後期的代謝率增加了50%至80% 它們僅僅維持懷孕 分娩過程 現在真正狂野的部分 雄性海馬經歷真正的分娩 一項2006年的高速攝像研究詳細記錄了這一過程 準備分娩時 開始出現公縮 雄性海馬用尾巴固定住 向後彎曲 開始有節奏的抽動 陣痛開始時 每分鐘2到3次 然後在活躍分娩時 增強到每分鐘5到10次 每次陣痛中 雄性海馬會劇烈的拱起背部 強行打開育兒囊 瞬間排出小海馬 分娩時間根據窩仔數量 從30分鐘到幾小時不等 植腹海馬分娩100到200只幼仔 需要30到60分鐘 肚子大斑海馬分娩600到1000個幼仔 需要2到4小時 雄性在之後會顯得疲憊 一項2011年的行爲研究發現 出生後雄性海馬在底部不活動 他們的呼吸頻率持續提高數小時 顯示出真正的身體疲憊 一些研究人員觀察到 類似疼痛反應的行爲 雄性在分娩時會劇烈掙扎 或表現出不規則的游泳 儘管關於魚類是否像哺乳動物一樣 感到疼痛仍存在爭議 但行爲指標表明 出生過程至少是極具壓力的 爲什麼雄性海馬會懷孕 那麼這爲什麼會演化出這樣的現象呢 這個答案仍在爭論中 但研究指向了幾個因素 主要理論是通過性選擇實現絕色反轉 一項2007年的進化研究發現 雌性海馬的產卵速度快於雄性海馬的懷孕速度 在大多海馬中 雌性每兩週產一次卵 而雄性需要三到四周的時間來完成懷孕 這就導致了雌性與雄性爭奪的局面 正好與大多數物種相反 另一種理論是親子鑑定 一篇2012年的論文指出 通過直接接受卵子並進行內部受精 雄性海馬可以百分之百確定 這些是它們的後代 基因研究確認海馬幼崽中 沒有額外配偶的父親案例 第三個理論涉及環境限制 海馬生活在海草牀和強流的珊瑚礁中 釋放卵子和精子到水中 有失去它們的風險 內部受精確保了成功並保護胚胎 一項2018年的基因組研究發現 海馬的懷孕現象在2500萬到3000萬年前 出現在所有現代海馬 冠魚和海龍的共同祖先中 這已經在數百萬年和數百種物種中 經過測試和完善 關於免疫系統的解決方案 2022年的免疫抑制研究值得更多關注 因爲它確實非常引人入勝 懷孕會產生免疫學問題 發育中的胚胎有來自雙親的遺傳物質 這意味着它們部分是外來組織 在哺乳動物中 懷孕的雌性在子宮中抑制免疫反應 以防攻擊胎兒 雄性海馬也是如此 2022年自然通訊研究發現 雄性海馬在懷孕期間 特別在育兒囊組織中下調免疫基因 它們識別了在懷孕期間 顯著抑制的MHC通路基因 但在非懷孕雄性或其他身體組織中 並未發現 這種局部抑制使外來胚胎 能夠在不受攻擊的情況下發育 與完全刪除免疫基因的琵琶魚不同 海馬只是暫時關閉某個部位的免疫基因 在育兒帶內是一個免疫自由區 而其他地方則保持完全的免疫力 這可以防止感染的脆弱性 同時允許懷孕 這種抑制是由受精過程中釋放的激素出發的 當卵子進入並受精後 胚胎會釋放化學信號 告訴雄性海馬的帶子組織抑制免疫反應 這是一種複雜的跨生物溝通 重要的數據 我們來談談實際的繁殖產量 因爲這些數字令人震驚 在直立海馬中 雌性每次交配會轉移100到200個卵子 在大肚海馬中 600到1000個 在肚子大的海馬 Hippocampus abdominalis 超過1500個卵 但存活率差異很大 一項2009年的研究 追蹤了野生出生的海馬 發現僅有0.5%到5%的幼海馬能存活到成年 絕大多數在出生幾天內就成爲獵物 這意味着一隻雄性釋放1000個幼仔 可能只會爲下一代貢獻5到50個成年個體 由於海馬每個季節可以繁殖多次 生活在熱帶水域的雄性海馬 每年可能經歷3到6次懷孕週期 一項2010年的年齡研究 通過魚餌石生長環發現 一些野生雌性海馬的壽命超過5年 而圈養海馬的壽命可以達到7到10年 一輩子裏 一個雄性海馬可能產下數萬只後代 但只有微小的一部分能存活下來 保護災難 這讓我們面對黑暗的現實 海馬正面臨嚴重的危機 2016年IUCN的評估發現 至少有14個物種處於脆弱或瀕危狀態 一些種群在20年內減少了50%到90% 雄性懷孕使它們更容易受到威脅 一項2013年的研究發現 由於雄性海馬一次懷孕3到4周 並且在熱帶地區海馬全年繁殖 因此在某一時刻 種群中50%到70%的成年雄性海馬都是懷孕的 當漁民捕捉海馬時 通常是作爲蝦託網的復漁貨 它們不僅僅是在捕捉一條魚 它們不僅移走了一隻雄性海馬 還有可能移走數百個胚胎 一次託網捕撈可以消滅未來成千上萬只海馬 傳統醫學貿易造成了毀滅性的影響 每年約有2000萬到3000萬隻海馬 被捕獲用於傳統中藥 2019年的貿易分析發現 受到最嚴重捕撈的物種是懷孕週期最長 幼崽最少的種類 這意味着它們無法以足夠快的速度繁殖來彌補 棲息地喪失加劇了這個問題 海馬依賴於海草牀和珊瑚礁 而這兩者在全球範圍內都在減少 一項2020年的評估估計過去50年 全球海草棲息地減少了30%到50% 直接導致海馬種群減少 這對科學意味着什麼? 但研究海馬懷孕的過程 徹底改變了我們對生殖生物學的理解 不僅僅限於海馬 雄性懷孕系統揭示了 適用於不同物種的基本原則 一項關於海馬懷孕激素的2017年研究 有助於理解催乳素在懷孕中的作用 在雄性海馬中發現這一點表明 泌乳素的懷孕功能獨立多次進化 暗示這是一個基本的生物機制 關於滲透調節的研究 對人類腎臟發育具有影響 胎兒的腎臟必須在出生前 發育出鹽分和水分的平衡調節能力 研究海馬如何改變懷孕帶環境 提供了關於發育系統的洞見 幫助後代適應環境變化 海馬研究推動了對一夫一妻制進化的理解 因爲海馬展示了真正的遺傳性單配 DNA證實了配對保持忠誠 它們是研究單配進化原因的模型系統 對於理解人類配偶關係具有應用價值 結論 那麼就是這樣 從1681年認爲海馬是泡沫中產生 到1870年發現雄性海馬會分娩 再到2002年發現肋胎盤結構 最後在2022年揭示免疫抑制 具有功能性子宮的雄性海馬 伴隨激素變化和分娩的懷孕 分娩持續數小時使雄性精疲力盡 而有47個物種 這樣做已經25百萬年 海馬證明了繁殖這一我們認爲 基本且不變的事物實際上是極其靈活的 它們將母體妊娠完全轉移到了雄性身上 同時保留了每一個基本機制 包括胎盤樣結構 激素調節 免疫抑制 分娩 一切都intact 這挑戰了我們對性別二態性和父母投資的假設 我們認爲雌性在後代身上的投入更多 因爲它們會懷孕 但海馬則完全顛覆了這一點 雄性投入巨大的精力 而雌性則爲爭奪雄性而競爭 所以下次有人說某事在生物上是不可能的 或違背自然時 請記住海馬 因爲自然不在乎我們的假設 它只關心有效的事物 而雄性懷孕在2500萬年來一直運作得很好 感謝觀看 直到下次 再次提醒 如果進化能夠讓雄性魚類懷孕並擁有功能性的子宮和分娩陣痛 那麼在足夠的時間和壓力下 它大概能使任何事情發生