你知道“比較性精子病學(xué)嗎?”這是描述精子的科學(xué)。第一屆國際大會(huì)于1970年致力于此。1976年，超過1,000種動(dòng)物物種通過電子顯微鏡觀察其精子;今天它可能接近10,000。

為了理解進(jìn)化，科學(xué)家們首先要觀察生物，并確定它們的特征。例如，腿的數(shù)量，羽毛的存在。然后，我們需要解開這些特征，并了解哪些特征可以追蹤進(jìn)化線。

在生物學(xué)的歷史中，越來越強(qiáng)大的儀器被用來描述和分類這些特征：古代人用肉眼，放大鏡，顯微鏡，最后用電子顯微鏡。在過去的三十年里，分子生物學(xué)的工具使我們能夠獲得DNA的四個(gè)堿基(A，T，G和C)，它們也是特征。

對(duì)于某些動(dòng)物來說，很難從觀察中了解進(jìn)化。對(duì)于屬于扁形動(dòng)物門(或扁蟲)的寄生蟲尤其如此。這些動(dòng)物柔軟，沒有化石。它們扁平的形狀和明顯的解剖結(jié)構(gòu)并沒有提供很多線索來理解它們的演變。換句話說，他們?nèi)狈^(qū)別特征。

精子多樣性

在20世紀(jì)70年代，電子顯微鏡革命使人們有可能重新發(fā)現(xiàn)細(xì)胞形狀及其細(xì)胞器的難以置信的變化世界。然后細(xì)胞生物學(xué)再次成為描述性的。在這些細(xì)胞中，一個(gè)似乎變化很大：精子。精子起著非常特殊的作用，即運(yùn)輸雄性的遺傳信息并將其帶到雌性細(xì)胞即卵子中。雞蛋是一種球形細(xì)胞，在大多數(shù)動(dòng)物中沒有多少創(chuàng)意。但是精子!多種形狀和大小令人難以置信!

讓我們回到我們的寄生蠕蟲，Platyhelminthes的成員。雖然它們有一個(gè)柔軟無趣的身體，但它們的精子有著令人難以置信的多樣性!必須說一個(gè)寄生蟲，舒適地安裝在它的宿主，提供食物和住所，只有一件事要做：繁殖。鋪設(shè)數(shù)百萬個(gè)卵，制造數(shù)百萬個(gè)卵母細(xì)胞，以及數(shù)百萬個(gè)精子，以創(chuàng)造新一代寄生蟲。要了解這些蠕蟲的進(jìn)化，研究人員可以通過一種方法研究它們的精子。

人類精子與扁蟲的區(qū)別是什么?Axonemes，以及其他功能。這些結(jié)構(gòu)是真核細(xì)胞中纖毛和鞭毛的馬達(dá)。我們?nèi)祟愒谠S多細(xì)胞中都有纖毛，例如在支氣管中，在我們的精子中有鞭毛。在99%的真核細(xì)胞中，這些軸絲具有相同的組織，在一個(gè)圓圈中有9個(gè)雙重微管和兩個(gè)中心微管;這種幾乎通用的結(jié)構(gòu)稱為9 + 2.這些微管的成分是蛋白質(zhì)，微管蛋白。

但是在Platyhelminthes中，精子的軸絲沒有這種通用的9 + 2結(jié)構(gòu)。在它們的中心，它們沒有微管而是螺旋核;因此這些軸索被稱為9 +“1”。注意引號(hào)，因?yàn)橹虚g的“1”不是9 + 2軸的2中的一半：它是完全不同的東西。軸的中心有一個(gè)不同的結(jié)構(gòu)：現(xiàn)在這是一個(gè)特征!

這正是對(duì)理解進(jìn)化有用的東西：這個(gè)奇怪的9 +“1”軸心由所有寄生的扁形動(dòng)物和一些非寄生的扁形動(dòng)物共有，它們屬于所謂的Turbellaria。由于這一特點(diǎn)，早在1985年，Ehlers就能夠追溯Platyhelminthes的演變并將其中的一些組合在一起，他稱之為Trepaxonemata(來自trepa，意思是“螺旋式”：那些在他們的軸絲)。其他更詳細(xì)的工作已發(fā)現(xiàn)Platyhelminth精子的其他特征：例如，軸絲的數(shù)量。Platyhelminthes的大多數(shù)精子有兩個(gè)軸(自然界中很少遇到的情況)，但有些只有一個(gè)。

在20世紀(jì)90年代，Platyhelminthes的比較精子學(xué)為研究人員提供了他們之前缺乏的大量特征。因此，可以根據(jù)其精子的簡(jiǎn)單特征來定義絳蟲或絳蟲。在包括吸蟲和血吸蟲在內(nèi)的吸蟲組中，精子現(xiàn)在在一百多個(gè)物種中已知，并且還為理解某些家族之間的關(guān)系提供了有用的特征。

對(duì)于作為魚類寄生蟲的Monogenes群體，精子使我們能夠根據(jù)其特征鑒定構(gòu)成Monogenes的兩大群體。這些群體帶有相當(dāng)長的Monopisthocotylea和Polyopisthocotylea的名字，當(dāng)我們明白它們的意思是“背后的單個(gè)吸盤”(單聲道-opistho-cotylea)或“后面的幾個(gè)吸盤”時(shí)，它們變得幾乎清晰(poly-opistho-cotylea)。為簡(jiǎn)單起見，我們稱它們?yōu)?ldquo;Polyops”和“Monops”。

如何區(qū)分Polyops和Monops

好吧，我們可以從Monop中識(shí)別出Polyop -感謝它的精子。Polyops的兩側(cè)有兩個(gè)軸和微管，而Monops的不同家族有不同種類的精子，它們絕不像Polyops那樣。還有一個(gè)問題：精子中沒有任何東西可以讓我們識(shí)別出單體 - 換句話說，Polyops和Monops形成一個(gè)組，每個(gè)組都是自己的(每個(gè)組都來自一個(gè)共同的祖先)，但沒有任何東西將它們組合在一起(沒有所有Monogenes共同的祖先)?；蛘撸瑥目茖W(xué)的角度來看，精子的特征證明Polyops和Monops是單系的，但Monogenes原則上是由Monops + Polyops添加的，而不是。

當(dāng)我們從分子生物學(xué)中獲得第一個(gè)結(jié)果時(shí)，從這些新特征(基礎(chǔ)A，T，G和C)計(jì)算的進(jìn)化樹很快得到了相同的結(jié)果，Monops和Polyops monophyletic，但從來沒有給我們單一的證據(jù)Monogenes。

現(xiàn)在我們已經(jīng)發(fā)布了Polyop精子的新結(jié)果。為什么不早點(diǎn)這樣做?因?yàn)樗⒉荒敲慈菀?。單基因是軟骨魚和硬骨魚的寄生蟲。最原始的Monogenes是軟骨魚(Chondrichthyans)，嵌合體和鯊魚的寄生蟲。撈出生活在海底的chimaera并不容易，它的寄生蟲非常新鮮。

新結(jié)果

我們獲得了三種罕見多形體的精子結(jié)果：兩種家庭Hexabothriidae(這個(gè)名字意味著它們有六個(gè) -六- 吸盤 -兩個(gè))。最重要的是，其中一個(gè)家庭Chimaericolidae(一個(gè)容易記住的名稱，因?yàn)樗且环Nchimaera寄生蟲)，其物種名稱是Chimaericola leptogaster;我們從挪威捕獲的一種嵌合體中收集了這種寄生蟲。還沒有人觀察到這兩個(gè)家族的精子結(jié)構(gòu)。令人驚訝的是，雖然這兩個(gè)家族無疑是Polyops(它們后面有幾個(gè)吸盤，但這很明顯)，它們的精子沒有Polyop精子的結(jié)構(gòu)。這是一個(gè)已經(jīng)消失的20年確定性，這表明不僅分子生物學(xué)仍然可以帶來新的結(jié)果。最后，似乎Polyops的精子的特征僅限于Polyops(Mazocraeidea)的末端分支，它是硬骨魚(Osteichthyes)的寄生蟲。

順便問一下，分子生物學(xué)最近的結(jié)果怎么說呢?最新的趨勢(shì)是對(duì)線粒體的整個(gè)基因組進(jìn)行測(cè)序，并且不僅比較ATGC堿基序列，而且比較基因的順序和線粒體基因組中的各種細(xì)節(jié)，即絲狀基因組，它是圓形的。這些特征不再是基礎(chǔ)本身，而是基礎(chǔ)群的安排。Monogenes的mitogenomes說什么?Polyops在它們之間是相似的，Monops在它們之間是相似的...但是Polyops看起來不像Monops。

這讓我們回到20年前比較精子病學(xué)的結(jié)果。但是Chimaericolidae和Hexabothriidae的有絲分裂基因呢?沒有可用數(shù)據(jù)!我們知道有絲分裂組的Polyops都是Mazocraeidea，上面提到的硬骨魚的寄生蟲。我們對(duì)單基因的有絲分裂基因的了解正處于20年前精子知識(shí)的時(shí)刻。幾年后見!