它同时拥有数百个睾丸和卵巢，同性相遇后会有一方慢慢变性

来源 | 科研圈（ID：keyanquan）

原作 ELIOT SCHREFER

(资料图片)

翻译 阿金

编辑 魏潇

海洋深处，演化悖论悄然出现。

深海神秘生物：为数不多的 Yoda demiankoopi 照片之一，这一最新发现的肠鳃纲新物种，同时拥有雄性和雌性性器官，虽然原因未知，其中一套性器官会在某一特定时刻完全活跃，科学家称之为“序贯雌雄同体”。图片来源：论文

在美国加利福尼亚州海岸外的深海平原上，生活着一类嘴唇特别宽的、名为 Yoda demiankoopi 的蠕虫，但宽唇不是这种最近才被发现的物种有别于其他同类生物的唯一特征，“不频繁的排便”也被认为是其中之一。此外，我们还要补完它们的深海约会档案：除了以星球大战角色命名之外， 它们同时拥有雄性和雌性性器官。这些蠕虫为此付出了很多。

Yoda demiankoopi 是“底层居民”。生活在海洋浅层的生物不论生前死后，时时从身上掉落有机碎屑，这些底层居民就依靠吸收这些雪花般降至海底的碎屑带来的热量为生。它们是吃着残羹剩饭的最渺小的生物，会尽量减少移动，节省能量，在漆黑冰冷、压力是海面 250 倍的海底世界中谋生。

直到最近，它们从未接触人类或者从未被人类骚扰的记录才被打破。随着深海技术的发展，科学家得以探索此前无法进入的深海领域，一切因此而变。2021 年，澳大利亚海洋生物学家格雷格·劳斯 （Greg Rouse）坐在美国施密特海洋研究所 （Schmidt Ocean Institute）福尔科林 （Falkorin）研究舱的控制室中，盯着遥控潜水器穿越位于美国西海岸、太平洋北部的巴顿海底悬崖 （Patton Escarpment）和小乔海底山 （Little Joe Seamount），在 1500 至 2500 米深处发现了四条 Yoda demiankoopi 。它们被遥控潜水器捕获并带回了海面。

回到自己在美国斯克里普斯海洋研究所 （Scripps Institute of Oceanography）的实验室中，劳斯团队拍下了这些海底蠕虫的照片，它们的身体在潜水器采集以及上浮过程中已破裂，但仍然保留下了可供解剖以及 DNA 分析的残骸。 Yoda demiankoopi 属于名为“柱头虫”（肠鳃纲的俗称）的一类海洋无脊椎动物。Yoda demiankoopi 也是与我们关系最近的无脊椎亲缘动物之一1，大约在 5.7 亿年前与人类共有同一个祖先。这些动物通常生活在浅层海床沉积物中。一些物种能长到 1.5 米长。

肠鳃纲动物通常会钻入岩石基质中觅食。但劳斯看到第一条 Y.demiankoopi 2 时，这条 15 厘米长的小虫子正挂在岩石上，用他的话来说是 “身上覆盖着来自海洋表面的碎屑”。正如发表在《无脊椎动物生物学》（ Invertebrate Biology ）期刊，宣布 Y. demiankoopi 存在的论文所描述，它们使用自己的宽嘴唇收集碎屑，然后在“九转十八弯”的肠道内进行消化3。劳斯发现的这种海底生物肠道堆叠得很紧密，说明它们排便不频繁，这令其与其他肠鳃纲动物区别开来，因为后者会持续不断地排便。

Yoda demiankoopi 的身体结构示意图，右侧为头部，左侧为尾部。来源：论文

不过，这种生物最为与众不同的一点，是该研究的共同作者尼古拉斯·赫兰德 （Nicholas Holland）发现的： Y. demiankoopi 是雌雄同体，同时拥有雄性和雌性性器官并且数量充沛， 采集到的每一条标本中都能找到“数百个睾丸和卵巢”。在 111 种已知的肠鳃纲物种中，只有两种为雌雄同体： Y. demiankoopi 和同属的另一种深海居民 Yoda purpurata 4 。此外，在某些 Y. demiankoopi 个体中，睾丸处于高产状态，卵巢则相对处于休眠状态，而另一些个体的情况却正好相反。研究人员表示，这种现象说明它是一种 “序贯雌雄同体”（sequential hermaphrodite）生物。 它的一生，是雄性和雌性两种性别交替出现的一生。

这并非没有先例，尤其在海底： 在一些居住在深渊的生物中，性别会根据个体在社会等级中的地位而发生变化。小丑鱼（雀鲷科海葵鱼亚科）种群内，地位最高的雄鱼会变成雌鱼，而隆头鱼 （Labridae）种群内地位最高的雌鱼则会变成雄性。美国诺瓦东南大学 （Nova Southeastern University）的演化生物学家 J·马修·霍奇 （J. Matthew Hoch）解释说，这一现象通常可以用 “体型优势模型”（size advantage model）来解释。在这种模型中， 为了繁衍更多后代，某一个体切换至另一性别取决于中群内其他个体的性别比例。然而 ，Y. demiankoopi 的 情况似乎并非如此。它们没有那么多社交生活，个体之间往往相隔数十米甚至数百米生活。

在这种情况下，大部分海洋生物通过“广撒网”的方式来繁殖：将卵子或者精子送入水体，受精过程发生在体外，因此个体无需靠近彼此来交配。然而，肠鳃纲动物的生活距离实在够远，“广撒网”这招也不奏效，所以它们很可能依赖于 成对交会（pairewise encounters）来繁殖。鉴于这样的“邂逅”频率不高，从演化角度来说，一个合理的适应性策略便是 同步雌雄同体（simultaneous hermaphroditism） ， 也就是个体同时拥有两种性别——如此一来，怎么都不会遇到性别不相容的伴侣。例如，扁形动物 （flatworm）就已演化出这样的策略，两两相遇时用阴茎展开决斗。“拔枪”时谁动作慢了，就变成受孕方，之后要孕育受精卵。

两只涡虫正在用阴茎展开决斗。每只的头部上方都有两个白色的阴茎。图片来源：Nico Michiels. - Whitfield J: Everything You Always Wanted to Know about Sexes. PLoS Biol 2/6/2004: e183. CC BY 2.5

最起码， 如果两条 Y. demiankoopi 相遇，又碰巧是同性，它们会等待，直到一方改变性别，此时便可受精产卵。 但这一策略的效率低于立刻交配的效果，劳斯团队称之为 “悖论”。霍奇提出了一套可能的解决方案：因为它们体内同时有两套性器官，其中某一套在某一时刻比另一套更加活跃，我们可以将其看作 “双向”雌雄同体。

在霍奇对藤壶 （barnacle）交配策略的研究中，他就在不同规模和性别比例的种群中培育出了双向雌雄同体的藤壶，然后将它们移植到新种群中。结果，这些双向雌性同体藤壶在新种群繁殖出的后代数量少于它们在原始种群所产生的。换言之， 对睾丸和卵巢数量的分配，亦即生成精子或卵子的能力，早已根据其所在种群的需求进行了校准。“这是被动或者无意识的行为。”霍奇解释说，“它们接收到某类环境信息，而这又改变了它们的生理学。”

这可能适用于 Y. demiankoopi 的情况吗？它们的交配细节现在仍然是秘密。虽然新技术让科学家能够探索曾经无法进入的区域，研究人员收集到的标本却仍类似于快照，而非持续性地观察以深入了解这些肠鳃纲动物的性生活。

霍奇说，公平来讲， Y. demiankoopi 演化出雌雄同体的原因和其他海洋生物的理由一致：性接触。虽然雌雄同体可能对我们来说不同寻常，但这更多属于人类的分类倾向（尤其是涉及性的时候），而不是 Y. demiankoopi 自己的选择。因此，它们将继续在冰冷的深渊中交配，度过很少排便也不怎么移动的余生。上百万年来它们始终如此，远离人类俗世，甚至不曾被人注意，直到一台遥控潜水器出现。Yoda 被吸入其中，被测序，被鉴定性别，被置入最人性化的创造——生命之树中。

参考文献

[1] Simakov, O., et al. Hemichordate genomes and deuterostome origins. Nature 527, 459-465 (2015).

[2] Yoda demiankoopi学名中的后一半是团队为纪念一位因心脏异常而意外逝世的年轻同事Demian Koop博士，用他的名字命名的。

[3]Holland, N.D., Hiley, A.S., & Rouse, G.W. A new species of deep-sea torquaratorid enteropneust (Hemichordata): A sequential hermaphrodite with exceptionally wide lips. Invertebrate Biology 141, e12379 (2022).

[4] 最先发现的是Yoda purpurata，因其形似《星球大战》中小小的绿色绝地武士尤达而得名。在发表于《无脊椎动物生物学》期刊的文章中，劳斯团队注意到尽管他们遵循该属的命名规范，但 Y. demiankoopi “长得并不特别像星战的尤达大师”。

原文链接：

本文经授权转载自 科研圈（ ID：keyanquan），如需二次转载请联系原作者。欢迎转发到朋友圈。

责任编辑：