探秘尾足螨雌性交配器官:结构、变异与演化的微观洞察

【字体: 时间:2025年04月22日 来源:Arthropod Structure & Development 1.7

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  在螨类研究中,内生殖器结构常被忽视。研究人员运用同步辐射 X 射线显微断层扫描(SR-μCT)和光学显微镜,对尾足螨(Uropodina)雌性生殖前庭开展研究。结果发现其结构高度可变,或具重要系统发育价值,为螨类研究提供新思路。

  在奇妙的微观世界里,螨虫虽小,却隐藏着诸多生物学奥秘。在螨类研究领域,中气门螨(Mesostigmata)的性二态特征常被用于物种描述和形态分析,但以往研究大多聚焦于外部特征,内部结构由于传统显微镜技术的限制,未能得到充分利用。而雌性生殖系统内部结构复杂,或许蕴含着丰富的分类和进化信息,这就迫切需要新的研究方法来深入探索。
为了解开这些谜团,来自国外的研究人员开展了一项关于尾足螨(Uropodina)雌性生殖前庭结构和变异性的研究。他们利用同步辐射 X 射线显微断层扫描(SR-μCT)和光学显微镜技术,对多种尾足螨进行观察分析。该研究成果发表在《Arthropod Structure 》上,为螨类研究带来了全新的视角和重要突破。

在研究方法上,研究人员采集了多个尾足螨物种样本,将其保存在 95% 乙醇中,部分样本用 1% 碘的甲醇溶液染色。随后,使用高通量同步辐射 X 射线显微断层扫描技术对样本进行扫描,获取断层图像后,通过一系列数据处理和分析,包括在 Fiji 中裁剪数据、在 Slicer3D 中定位和分割生殖结构等,构建出 3D 模型。同时,利用光学显微镜对额外样本进行观察,以辅助研究。

研究结果如下:

  • 内生殖器结构(Endogynium):通过对比研究,发现内生殖器由两个与特定肌肉相关的部分组成。根据这两个部分的形状和发育程度,可将尾足螨雌性内生殖器分为 5 种类型。标准型(type 1)形似鞋子,endogynium 1 包含明显的足跟和鞋底结构,endogynium 2 为薄膜状;type 2 的内生殖器呈高度弯曲的鞋状;type 3 中两个部分大小和发育程度相近;type 4 中 endogynium 1 退化为三角形或尖细的杆状;一些类群中内生殖器缺失或发育不良,阴道出现 “榴莲式(durian-style)” 变异,为 type 5。
  • 肌肉系统(Musculature):尾足螨雌性生殖区域的肌肉主要有 4 种。m1 负责关闭生殖盾;m2 可提升内生殖器或展开阴道;m3 在产卵时扩张阴道;m4 挤压精囊释放精子。研究还发现,m2 的起源和插入点、m3 或 m4 的同源性及肌肉宽度等存在变异。
  • 内胸骨(Endosternite):尾足螨的内胸骨发育程度差异较大,从完整结构到仅存一对细臂不等,且其发育程度影响着 m2 的附着。
  • 相关结构(Associated structures):微 CT 数据还显示出其他结构,如生殖盾上方的膜、精囊和附属腺等。这些结构在不同物种中的存在和形态有所不同。
  • 光学显微镜观察(Light microscopy):光学显微镜虽难以观察内生殖器框架、肌肉和阴道结构的细节,但能清晰显示 “鞋底” 膜上的刺状结构,不同类群呈现出不同的刺状图案。

在研究结论和讨论部分,研究表明尾足螨雌性生殖前庭结构高度可变,可归纳为一个通用框架,有助于提升对螨类内部结构在分类学和生理学研究中的价值。研究推测 “榴莲式” 阴道的存在可能指示整个替代系统的存在,据此将 “高等” 尾足螨分为两个可诊断的谱系,这对尾足螨的系统发育研究具有重要意义。同时,研究还发现尾足螨科(Urodinychidae)可能是多系群,其内部结构的差异与螯肢形状和胸板多毛症相关。此外,研究人员还对内部生殖结构在交配和产卵过程中的功能进行了探讨,推测这些复杂结构可能是为了适应交配和处理精包而演化,而非产卵。并且,微 CT 和光学显微镜在研究中相互补充,为深入了解尾足螨雌性生殖前庭结构提供了有力支持。总之,该研究为螨类研究开辟了新方向,为进一步探究螨类的分类、进化和生殖生物学奠定了坚实基础。

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