单配偶制解除强性选择对生殖组织投资的限制：基于昆虫模型的实验进化研究

本研究通过实验进化方法，以豆象(Callosobruchus maculatus)为模型，首次系统探究了性选择强度(一夫多妻vs.单配偶)和集合种群结构对两性生殖组织投资的独立与交互影响。意外发现单配偶制群体表现出更高的相对生殖组织投资，揭示了前-后交配性选择权衡对生殖资源分配的约束机制，为理解交配系统进化提供了新视角。

　　

在自然界激烈的生殖竞争中，生物如何分配有限资源至生殖组织一直是进化生物学的核心问题。传统理论认为强性选择（如多配偶制）会促进雄性增加睾丸等生殖器官的投资以应对精子竞争，但这一假说忽视了前交配性状（如求偶行为）与后交配性状（如精子产量）间可能存在的资源分配权衡。更值得注意的是，雌性生殖组织投资在性选择研究中长期被忽视，且生态因素（如种群空间结构）对生殖投资的影响仍属未知。这些认知空白限制了我们对性选择全面进化效应的理解。

西班牙多尼亚生物站（CSIC）联合兰开斯特大学等机构的研究团队在《Scientific Reports》发表的研究，通过长达129代的实验进化，首次在豆象模型中系统解析了交配系统（多配偶/单配偶）和集合种群结构对两性生殖组织投资的塑造作用。令人意外的是，单配偶制群体反而比多配偶制群体表现出更高的相对生殖组织投资（雄性+6.97%，雌性+9.39%），这一发现颠覆了传统认知，表明强性选择可能通过前-后交配性状的权衡反而限制了生殖组织的最大化投资。

研究采用2×2因子设计实验进化体系，建立16个进化系（4种处理×4重复），关键技术创新包括：1）基于豆象的资本繁殖特性控制资源变异；2）两代共同环境培育消除母系效应；3）标准化解剖流程（包括50°C干燥48小时的生殖组织称重法）；4）线性混合模型分析相对生殖投资（生殖组织干重/体重）。样本来自南印度基础种群建立的450+个体库，通过五亚群集合种群设计模拟不同空间结构。

【主要结果】

1. 交配系统的独立效应：单配偶制雄性生殖投资显著高于多配偶制（β=0.01，p=0.0135，Cohen's d=0.54），雌性差异更显著（β=0.01，p<0.001，d=0.82）。这一反向模式提示多配偶制下，雄性需优先投资求偶等前交配性状，而雌性可能需分配资源抵抗性冲突伤害。

2. 空间结构的非显著性：集合种群结构对两性生殖投资均无显著影响（雄性p=0.2124，雌性p=0.8915），且与交配系统无交互作用，表明生殖投资进化主要受性选择强度驱动。

3. 权衡机制证据：多配偶制雄性更大的体型（体质量）可能反映其对前交配性状的投资，而单配偶制雄性无需此类投资，可集中资源于生殖组织。雌性则可能因单配偶制减少抵抗投资而增加生殖资源分配。

【结论与意义】
该研究突破性地揭示：1）强性选择可能通过前-后交配性状的权衡限制而非促进生殖组织投资；2）单配偶制解除这种约束，使两性能最大化生殖投资；3）种群空间结构对生殖投资影响有限。这些发现修正了经典性选择理论，强调需同时考虑两性生殖策略和性状间资源分配冲突。特别地，雌性生殖投资对性选择的响应首次被量化，为理解雌性生殖进化提供了关键证据。研究建立的实验进化范式为后续解析特定生殖器官（如附腺、精巢）的投资分化奠定了基础。