红眉梅花雀精子形态的独立演化：揭示雀形目鸟类精子表型多样化的新机制

本研究聚焦雀形目鸟类精子形态的异常演化，通过比较红眉梅花雀(Neochmia temporalis temporalis)与其近缘物种的精子超微结构、基因组多样性和睾丸相对大小，首次报道了该物种与欧亚红腹灰雀(Pyrrhula pyrrhula)相似的幼态持续精子表型。研究结合全基因组数据否定了遗传瓶颈假说，提出弱化精子竞争压力可能是维持这种特殊精子形态的关键因素，为理解动物生殖细胞演化提供了新视角。

　　

在动物界，精子堪称形态最多变的细胞类型——从微小的线虫精子到长达6厘米的果蝇巨型精子，这种多样性背后隐藏着怎样的演化密码？雀形目鸟类作为脊椎动物中精子形态研究的模式类群，其精子通常呈现高度保守的"螺旋头+缠绕中段"结构。然而，欧亚红腹灰雀和亚速尔红腹灰雀姐妹种却打破了这一规律，它们的精子具有圆形的头部、未完全凝聚的染色质以及异常短小的中段，这种被称为"幼态持续(neoteny)"的精子表型，仿佛停滞在精子发生的早期阶段。更令人惊奇的是，荷兰生态研究所等机构的研究团队在澳大利亚红眉梅花雀中发现了第二种独立演化的类似表型，这项突破性成果发表于《Journal of Evolutionary Biology》。

为探究这一罕见现象，研究人员采用多学科交叉方法：通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)解析精子超微结构；测量41只野生和圈养个体的精子尺寸；比较6种梅花雀近缘种的基因组杂合度；应用PSMC模型推断种群历史动态；并通过睾丸相对质量评估精子竞争强度。样本涵盖澳大利亚东部多个野生种群及荷兰圈养群体，基因组数据包含新测序和公共数据库的15个样本。

【精子形态与超微结构】
电镜观察揭示红眉梅花雀精子呈现"蝌蚪状"椭圆头部(7.39±1.4μm)和极短中段(仅含多个线粒体团簇)，与典型雀形目精子相比总长缩短40%(39.14±3.88μm)。透射电镜显示其染色质凝聚程度不均，存在无染色质区域(*)，而近缘种小梅花雀(N. t. minor)仍保持螺旋头部但缺失顶体脊(acrosome keel)。这种表型与红腹灰雀高度相似，构成表型趋同的典型案例。

【基因组多样性分析】
全基因组数据否定遗传瓶颈假说：红眉梅花雀的杂合度(0.0013)高于深红梅花雀(0.0008)和小梅花雀(0.0011)，PSMC模型显示其有效种群规模(Ne)在50万年前达到峰值后平缓下降，未经历剧烈收缩。相比之下，呈现典型精子形态的深红梅花雀反而具有更低的遗传多样性。

【繁殖策略关联】
红眉梅花雀的相对睾丸质量(0.21%)处于雀形目下限(0.14-9.75%)，支持弱精子竞争假说。这种"节能假说"认为：当精子竞争减弱时，跳过精子发生后期阶段(如染色质完全凝聚和顶体延长)可降低雄性生殖投入，这种突变在缺乏选择压力时得以保留。

这项研究首次证实幼态持续精子表型在雀形目中的多次独立起源，挑战了精子形态严格受系统发育约束的传统认知。通过整合超微结构、群体基因组学和行为生态学证据，提出"弱选择-发育截断-能量节省"的三步演化模型。特别值得注意的是，红眉梅花雀与红腹灰雀的分化时间达2410万年，暗示不同谱系可能通过突变不同基因(如鱼精蛋白基因家族)导致相似表型，为研究生殖细胞发育的可重复演化提供理想模型。未来研究可聚焦精子发生相关基因的表达时序变化，以及染色体倒位等结构变异在精子形态多样化中的作用。这些发现不仅拓展了对生殖细胞演化的理解，也为探究性状趋同的分子机制开辟了新途径。