挑战阉割者范式：根头目感染的雄性岸蟹（Carcinus maenas）的交配与繁殖力

《Zoologischer Anzeiger》：Challenging the castrator paradigm: Mating and fertility in rhizocephalan-infected male shore crabs (Carcinus maenas)

　　

根头目蔓足类（rhizocephalan barnacles）的寄生性阉割（parasitic castration）被广泛认为会消除宿主的繁殖能力。在感染Sacculina carcini的雄性岸蟹（Carcinus maenas）中，外生殖囊（externa）的存在被认为会导致行为和生理上的功能性繁殖抑制（functional reproductive suppression）。然而，这种抑制的程度和可逆性仍缺乏充分记录。研究人员在此展示了一系列使用自然感染S. carcini的C. maenas雄性（采集自丹麦Limfjorden）的行为和繁殖试验的结果。在受控实验室实验中，研究人员证明大多数被寄生雄性，包括一些带有可见成体外生殖囊（adult externae）的个体，仍保留参与交配行为的能力，包括求偶和对易受孕的、最近蜕皮的雌性进行交配前拥抱（pre-copulatory embrace）。在竞争试验中，交配成功遵循可预测的大小等级，表明行为优势未被寄生破坏。重要的是，解剖发现，与被寄生雄性配对的雌性在两个检查案例中都接收到了含有形态完整精子（spermatozoa）的精荚（spermatophores）——一个来自带有发育中外生殖囊（developing externa）的雄性，另一个来自外生殖囊切除后两个月的雄性——提供了证据表明尽管感染，繁殖力（fertility）可能仍然保留。这些发现表明，S. carcini感染的C. maenas雄性中的繁殖抑制可能是不完全且依赖环境的。研究人员讨论了这些发现对理解宿主-寄生虫动态（host–parasite dynamics）、寄生虫移除后的潜在恢复以及被寄生和先前被寄生的雄性在自然蟹种群中的更广泛生态作用的意义。

寄生性阉割（parasitic castration）是根头目蔓足类（rhizocephalan barnacles）等寄生虫广泛采用的策略，在海洋无脊椎动物中尤为显著。Sacculina carcini（Rhizocephala: Sacculinidae）感染欧洲岸蟹Carcinus maenas（Decapoda, Portunidae）长期作为研究寄生阉割的经典模型。传统观点认为，雄性宿主一旦感染S. carcini，其繁殖能力会被完全抑制，包括行为上和生理上。这一假设主要基于被感染雄性表现出雌性化特征（如腹部变宽、螯肢缩小）以及觅食时攻击性降低等现象。然而，关于雄性宿主是否仍能进行交配行为并转移配子的直接实验证据极为有限。形态学研究（Zetlmeisl et al., 2011）已显示被寄生雄性常保留功能性睾丸，这暗示繁殖抑制可能并不完全。因此，研究人员开展本研究，旨在通过控制实验系统评估被寄生雄性C. maenas的交配行为、竞争能力及精子转移潜力，并探讨外生殖囊（externa）缺失后行为恢复的可能性。

研究人员从丹麦Limfjorden采集自然感染S. carcini的雄性岸蟹，设置一系列行为学和繁殖学实验。结果表明：大多数被寄生雄性仍能对易受孕雌性表现出求偶和交配前拥抱（pre-copulatory embrace），在竞争实验中遵循大小优势等级，且部分案例中成功转移了含有形态完整精子的精荚（spermatophores）。这些发现挑战了根头目寄生虫导致完全不可逆繁殖抑制的传统观点，表明雄性宿主的繁殖潜力可能保留，且外生殖囊缺失后行为可能接近正常水平。论文发表在《Zoologischer Anzeiger》。

研究人员采用以下关键技术方法：（1）动物采集：2023年3月至5月从丹麦Limfjorden（Nyk?bing Mors，坐标56.786446, 8.884777）捕获43只中等体型的成年雄性C. maenas，依据可见外生殖囊或腹部疤痕判断寄生状态；（2）外生殖囊阶段分类：区分处女外生殖囊（virginal externae）、发育中外生殖囊（developing externae）、繁殖外生殖囊（reproductive externae）和衰老外生殖囊（old externae），以及自然脱落后留下疤痕的雄性（scarred males）；（3）手术切除处理：在冷麻醉下切除部分雄性的外生殖囊，创建实验性去除组；（4）行为学实验：设计三种实验——实验1：单个雄性暴露于易受孕雌性5分钟，记录是否完成交配前拥抱；实验2：5只带发育中外生殖囊的雄性竞争一只易受孕雌性，并对比对非受体雌性的反应；实验3：解剖与雄性交配后的雌性精巢（seminal receptacles），检查精荚和精子存在。统计分析采用Wilson置信区间、Fisher精确检验和符号检验。

**3.1 实验1：被寄生雄性的交配行为（Experiment 1: mating behaviour of parasitised males）**
实验中，41只被寄生雄性中28只（68%）成功完成交配前拥抱。按外生殖囊状态分组的成功率：疤痕雄性（scarred males）最高（12/15，80%，95%置信区间55–93%），与携带发育中外生殖囊的雄性（4/5，80%）相当；而实验性切除外生殖囊的雄性总体成功率较低（10/21，48%，95%置信区间28–69%）。Fisher精确检验显示，疤痕雄性成功率显著高于实验切除组（p=0.047，优势比OR=4.4），表明疤痕雄性交配成功可能性是实验切除组的4.4倍。此外，10只雄性（24%）尝试但未完成拥抱，5只（12%）无交配行为。所有雄性对非受体雌性均无反应。

**3.2 实验2：被寄生雄性的竞争与蜕皮阶段响应（Experiment 2: parasitised male competition and molt-stage response）**
5只携带发育中外生殖囊的雄性被同时放入80升水箱中，与一只易受孕雌性（pre-molt female）接触。雄性间发生激烈竞争，交配前拥抱按大小顺序依次出现：4只雄性成功完成拥抱，最小的雄性仅表现求偶行为。当同一组雄性随后暴露于非受体雌性（intermolt female）时，无任何求偶或竞争行为。配对比较显示，交配行为仅针对易受孕雌性（4/5 vs. 0/5，单侧符号检验p=0.0313），证明被寄生雄性对雌性蜕皮阶段具有选择性响应。

**3.3 实验3：精子转移评估（Experiment 3: assessment of sperm transfer）**
研究人员解剖了两只与被寄生雄性成功交配的雌性。第一只雌性与一只疤痕雄性（实验室饲养2.5个月）配对，其两个精巢均轻微肿胀，符合部分授精状态。第二只雌性与一只携带约2厘米发育中外生殖囊的雄性配对，至少一个精巢内充满大量精荚（spermatophores），且精荚内含形态完整的精子（spermatozoa）。这表明被寄生雄性能够实现物理上的配子转移。

讨论部分指出，本研究的发现直接挑战了长期以来关于根头目寄生虫导致完全繁殖抑制的假设。在雄性C. maenas中，感染并不必然消除交配行为和精子转移能力，繁殖抑制是不完全且依赖上下文的。疤痕雄性表现出最高的交配成功率，暗示外生殖囊自然丢失后可能存在功能恢复。相比之下，雌性宿主因蜕皮停止和卵巢发育停滞而经历更彻底的阉割。性别差异反映了卵子发生与精子发生在能量需求上的巨大差异（Trivers, 1972）。研究人员强调，不完全阉割可能在生态上缓冲宿主种群面对寄生虫的负面影响，特别是高密度种群（如Limfjorden）。但实验室条件可能提供更优营养，野外实际生殖潜力尚需验证。此外，不同根头目-宿主系统可能显示不同模式。

研究结论翻译如下：总之，S. carcini感染并不普遍废除雄性C. maenas的生殖功能。相反，该系统表现出不完全阉割、宿主变异以及外生殖囊丢失后可能的恢复。从生态学角度，残留的雄性繁殖力可能缓冲宿主种群免受根头目寄生虫的全面人口统计效应，特别是在像Limfjorden这样的高密度种群中。