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【央视新闻客户端】
刚出生的小海马。受访者供图
雄性海马。受访者供图
近日,中国科学院南海海洋研究所联合多家科研机构 ,系统揭示了海龙科鱼类“雄性怀孕 ”背后的细胞学、分子生物学与演化机制。这项研究不仅解答了一个长期存在的生物谜题,也为理解脊椎动物生殖方式演化提供了新视角 。
雄性海马孵化后代
从昆虫到哺乳动物,在绝大多数动物类群中 ,怀孕生子几乎由雌性动物进行。然而,大自然永远在创造惊喜。在蔚蓝而神秘的海洋深处,海马及其近亲海龙 ,正在上演一场颠覆认知的生育奇观,在这里,承担怀孕重任的是雄性 。
“我们长期关注海马雄性怀孕现象,有一个核心的科学追问 ,为何海马及其所属的海龙科鱼类能独立演化出结构、功能完备的雄性怀孕机制?”中国科学院南海海洋研究所研究员刘雅莉说,这一现象本身,可视为自然界一次关键的演化创新。“它不仅挑战了我们对生殖性别角色的传统认知 ,也提供了一个天然的实验系统,使得我们能在跨物种框架下,重新审视‘怀孕’这一复杂生命过程的本质与调控基础。”
以往科学研究发现 ,海马雄性的“怀孕 ”依赖于其特有的育儿袋结构 。在繁殖季节,雌海马会将成熟的卵子通过产卵器,精准地输送进雄性腹部或尾部的育儿袋中。随后 ,雄性在袋内完成受精,胚胎便在这里开始了为期数周的“父孕”旅程。
然而研究团队发现,育儿袋这一器官的功能 ,远比想象中复杂 。育儿袋不仅能够为胚胎提供物理庇护,还承担着气体交换 、营养输送、渗透压调节以及免疫保护等多重任务。从功能上看,它已经与哺乳动物的子宫高度相似。
换言之,海马爸爸并非简单地把卵装在育儿袋里 ,而是通过这个器官,完成了一整套复杂而精细的妊娠过程 。
育儿袋究竟是如何形成的?它又是如何发育成适应形态的?
找到育儿袋的“源头细胞”
为了找到这些问题的答案,研究团队引入了单细胞转录组测序技术 ,对育儿袋在7个关键发育阶段的细胞组成与基因表达变化进行了精细解析。
刘雅莉说,在研究中,他们鉴定出一类具有干细胞潜能的“育儿袋上皮祖细胞 ”。这类细胞在雄性激素调控下被激活 ,并协同胶原蛋白等结构基因的表达,启动育儿袋的形成过程。可以说,它们是育儿袋这一创新器官的“源头细胞” 。
更具说服力的是 ,研究人员向雌性海马体内注射雄激素后,发现其体表竟然也能形成类似育儿袋的结构。这一结果明确表明,雄激素及其调控的上皮祖细胞 ,是激活育儿袋器官发生的开关。
突破不止一项 。刘雅莉说:“在基因调控层面,我们首次构建了海马的基因敲降品系,证实了海马特异进化出的两个基因—sp-chia与pastn—在类胎盘的形成过程中起重要调控作用,这可能是海马实现‘父孕’的关键遗传基础。”
独特的免疫耐受机制
妊娠对脊椎动物来说 ,还是一场免疫学挑战。胚胎携带来自另一亲本的遗传物质,理论上被免疫系统识别为“异物” 。在人类和其他哺乳动物中,这一问题通过复杂的免疫耐受机制得以解决。
那么 ,海马爸爸又是如何避免“排斥自己孩子 ”的?
刘雅莉解释:“它们丢失了脾脏这一重要免疫器官,并丢失了包括foxp3在内的若干关键免疫耐受相关基因。同时,多个免疫相关基因家族在海马身体中发生收缩甚至丢失 。这些改变使得海马的免疫系统能够与胚胎‘和平共处’。”
为了追溯育儿袋的演化起源 ,研究团队还比较了多种海龙科鱼类的育儿袋类型。结果显示,不同物种之间存在显著差异 。例如有的育儿袋是开放式的,有的半封闭 ,有的则完全封闭、功能高度复杂。
研究人员认为,育儿袋的演化起点,可能是一类特化的表皮细胞。在早期阶段 ,这些细胞的功能仅仅是帮助粘性卵附着在雄性体表。随着演化推进,这些细胞逐渐“招募”更多功能相似的细胞群,并通过新基因的产生与调控网络的重塑,最终演化出结构精巧 、功能多样的育儿袋系统 。
研究人员表示 ,这项研究揭示了海马的育儿袋并非完全“从头进化 ”产生的新结构,而是通过对已有“功能模块”进行重组、整合而形成的。这一发现具有重要的演化生物学意义,它表明自然界生物在构建复杂生殖结构时 ,倾向于巧妙重新利用已有的遗传与细胞元件,而非每次进行全新创造。这项研究为我们人类理解脊椎动物从“卵生”到“胎生 ”的演化规律提供了新视角 。
海马“超级奶爸”的传奇,生动展现了生命演化的无限可能。(本报记者 周姝芸)
《人民日报海外版》(2026年01月19日 第 09 版)
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