基于睾丸尺寸比较研究中缅树鼩的婚配制度

谌立新， 张浩， 刘璐， 朱万龙*， 王政昆*

(1.云南省高校西南山地生态系统动植物生态适应进化及保护重点实验室，云南师范大学生命科学学院，生物能源持续开发利用教育部工程中心，云南省生物质能与环境生物技术重点实验室，昆明650500；2. 昆明卫生职业学院，昆明650607； 3.昆明医科大学第二附属医院，昆明650101)

婚配制度是野生动物行为学领域的重要研究内容之一，达尔文首先从进化的角度讨论了婚配制度，认为它是物种的一种基本进化策略(Darwin，1871)。在随后的研究中，尤其是Emlen和Oring(1977)关于动物婚配的经典论著发表以后，婚配制度逐渐被视为动物在某一特定环境下为获取配偶而采取的一种行为策略。经典的婚配制度常常根据动物的交配方式、获得配偶方式和数量等特征进行划分，主要有4种类型：单个雄性与单个雌性在几个繁殖季节单独婚配(一雄一雌制)；一个雄性和几个雌性在连续的几个婚配季节婚配(一雄多雌制)；单个雌性和多个雄性在连续的几个婚配季节婚配(一雌多雄制)；雌雄性之间没有固定的婚配关系，彼此均有多个配偶(混交制)(Cluttonbrock，1989；Clawetal.，2018)。在研究动物的婚配类型时，需要注意行为学上的一雄一雌和遗传学上的一雄一雌在哺乳动物中单独进化现象。行为学上的单配制被理解为雌雄个体在空间组织上的亲密配对关系，而遗传学上的单配制则强调分子遗传学层面的排他交配情况(Reichard & Christophe，2003；Ophir，2017)。其次，以Shuster和Wade为代表的学者强调在划分动物婚配类型时，依然需要关注该物种所处栖息地的环境条件，同时，他们也提出多达10余种婚配类型(Shuster & Wade，2003)。截止目前，哺乳动物婚配制度的研究依然是一个活跃的领域。

Short(1979)提出了“精子竞争假说”，认为一雄多雌的动物，如大猩猩属Gorilla的物种，一个雄性独占多个雌性交配的权利，体型大，相对睾丸较小；相比之下，在黑猩猩Pantroglodytes中，几个雄性常常与发情的雌性产生交配方面的竞争，在这类多雄婚配的物种中，睾丸会进化得更大。此外，他还认为较大的睾丸有利于产生更多的精子，以便在性竞争中获得更大优势。Harcourt等(1981)首次证实了在灵长类动物中，睾丸尺寸与婚配制度之间存在相关性，交配模式引发更高精子竞争水平的婚配类型(多雄)进化出的相对睾丸大小要比一雄一雌制的大。随后，除了灵长类动物以外，这种相对睾丸大小与婚配类型的相关性在多个类群中得到了研究，如鱼类、两栖动物、鸟类、哺乳动物和昆虫中都得到了一致的研究结果(Jolly & Conroy，2003；Fromhageetal.，2008；Manseretal.，2017；Phametal.，2017)。

中缅树鼩Tupaiabelangeri是外形酷似松鼠的一类杂食性小型哺乳动物，属攀鼩目Scandentia树鼩科Tupaiidae，它是东南亚树鼩中分布最北的一个种，国内主要分布于云南、贵州、四川、广西和海南岛等地(彭燕章等，1991)。近年来，无论是基因组学还是蛋白组学的研究结果都表明中缅树鼩与灵长类具有较近的亲缘关系(Lietal.，2012；Fanetal.，2013)。中缅树鼩特殊的进化地位使其正逐渐成为生物医学研究领域中的重要模型动物，揭示该物种的婚配制度对其人工驯化和提高室内繁殖成活率具有重要的生物学意义。野生中缅树鼩常常是独居的，具有领域性，雄性间对抗明显，常常驱逐其他雄性入侵者(彭燕章等，1991)。野外很难观察到中缅树鼩的交配，关于该物种的婚配制度主要从领域性、双亲行为、配偶选择等方面展开：人工饲养条件下，雄性和雌性紧密结合在一起，雌雄个体总是成对栖息于同一个巢箱里，并伴随标记行为(Martin，1968)。在笼养时2个成年雄性之间的对抗极为明显，而雌性间却表现出容忍，并有相互修饰和理毛等行为，这似乎暗示中缅树鼩是以单个雄性为主的社会结构(Sorenson，1974)。Kawamichi和Kawamichi(1982)用无线电项圈研究了中缅树鼩的家域后发现，雄性中缅树鼩的家域总是和一个或多个雌性重叠，这似乎也暗示了中缅树鼩在自然条件下可能属于一雄一雌制或一雄多雌制的繁殖方式。近年来，国内中缅树鼩的驯化繁殖逐步加大，以中国科学院昆明动物研究所、中国医学科学院医学生物学研究所和广西大学等为主的单位在中缅树鼩的养殖中常常采用雌雄比例为1∶1和 1∶2的配种方式进行，能取得较高的繁殖率，而其他比例往往导致雌性的早产或流产的现象(江勤芳等，2011)。

20世纪80年代，在行为生态学领域，一些研究发现动物的性二态可以对其行为、生态及进化等问题做出某些推测或假说，如在野生动物中，性选择被认为是直接导致性二态发生的原因，缺乏性二态往往被认为是一雄一雌制的典型特征(Leutenegger，1987)。中缅树鼩的性二态研究也仅仅在毛色和体质量上进行。动物性二态的定性和定量的方式也不尽相同，对其内容和含义的理解也存在诸多争议(吴汝康，1987)。同时，Collins(1987)也指出将性二态特征作为预测中缅树鼩婚配类型之前，需要对其所处的栖息环境详细了解，因为环境因子往往会对动物的婚配方式产生巨大的影响。综上所述，中缅树鼩的婚配制度主要存在一雄一雌制和一雄多雌制2种假设，野外栖息状态下的中缅树鼩究竟采取何种婚配方式？成年雄性中缅树鼩是否具有精子竞争？婚配制度与睾丸尺寸之间是否具有相关性？为了解决这些问题，本研究在树鼩的繁殖季节(3—5月)，测定了雄性中缅树鼩的睾丸质量和体质量，并与60种灵长类中不同婚配制度物种进行对比分析，探究中缅树鼩的婚配制度。

1 材料和方法

1.1 不同婚配制度灵长类动物睾丸质量、体质量的数据来源

研究采用的不同婚配制度灵长类动物的睾丸质量和体质量数据详见表1，包括一雄一雌、一雄多雌、一雌多雄3种婚配制度，体质量最小的倭狨Cebuellapygmaea到最大的西非大猩猩Gorillagorilla，共计34属60种。

表1 不同灵长类动物及中缅树鼩的睾丸质量和体质量Table 1 Testis mass and body mass of different primates and Tupaia belangeri

续表1属Genus物种Species睾丸质量Testismass/g体质量Bodymass/kg婚配制度Matingsystem参考文献Reference狒狒属Papio几内亚狒狒P.papio88.9031.98一雄多雌Harcourtetal.,1981东非狒狒P.anubis93.5026.40一雄多雌Harcourtetal.,1981草原狒狒P.cynocephalu52.0024.32一雄多雌Harcourtetal.,1981豚尾狒狒P.ursinus42.0031.75一雄多雌Harcourtetal.,1981阿拉伯狒狒P.hamadryas27.1020.17一雄多雌Harcourtetal.,1981猕猴属Macaca冠毛猕猴M.radiata48.208.65一雄一雌Harcourtetal.,1981红面猴M.arctoide48.2010.15一雄一雌Harcourtetal.,1981食蟹猕猴M.fascicularis35.034.42一雄一雌Harcourtetal.,1981普通猕猴M.mulatta46.419.20一雄一雌Harcourtetal.,1981白眉猴属Cercocebus白枕白眉猴C.atys25.108.68一雌多雄Hill,1966金腹白眉猴C.chrysogaster13.7810.00一雄一雌Hill,1966刚果白睑猴C.aterrimus13.004.95一雄一雌Hill,1966侏长尾猴属Miopithecus侏长尾猴M.talapoin5.201.25一雄一雌Dixson,1987赤猴属Erythrocebus赤猴E.patas7.201.11一雄一雌Harcourt,1991美狐猴属Eulemur褐美狐猴E.fulvus7.782.25一雌多雄Petter-Rousseaux,1964黑美狐猴E.macaco16.622.50一雌多雄Petter-Rousseaux,1964狨属Callithrix银狨C.argentata1.830.36一雄一雌Dixson,1987普通狨C.jacchus1.300.32一雄一雌Dixson,1987金狮狨属Leontopithecus金狮面狨L.rosalia1.480.55一雄一雌Dixson,1987柽柳猴属Saguinus黑须柽柳猴S.nigricollis3.800.47一雄一雌Dixson,1987赤掌柽柳猴S.midas1.830.57一雄一雌Dixson,1987领狐猴属Varecia领狐猴V.variegatus17.174.75一雄一雌Bogartetal.,1977毛狐猴属Avahi蓬毛狐猴A.laniger2.091.30一雄一雌Petter-Rousseaux,1964大猩猩属Gorilla西非大猩猩G.gorilla29.60169.00一雌多雄Short,1979猩猩属Pongo婆罗洲猩猩P.pygmaeus34.2069.00一雌多雄Dixson,1987长鼻猴属Nasalis长鼻猴N.larvatus13.8021.55一雄一雌Schultz,1938蛛猴属Ateles黑掌蜘蛛猴A.geoffroyi13.407.94一雄一雌Harcourtetal.,1981夜猴属Aotus夜猴A.trivirgatus1.021.02一雄一雌Harcourtetal.,1981婴猴属Galago塞内加尔婴猴G.senegalensis1.660.22一雄一雌Hill,1960吼猴属Alouatta鬃毛吼猴A.palliata23.007.26一雄一雌Harcourtetal.,1981松鼠猴属Saimiri松鼠猴S.sciureus3.200.78一雌多雄Harcourtetal.,1981黑猩猩属Pan黑猩猩P.troglodytes44.34118.80一雌多雄Short,1979狮尾狒属Theropithecu狮尾狒T.gelada17.1020.40一雌多雄Hill,1970短肢猴属Allenopithecus沼泽猴A.nigroviridis16.965.00一雌多雄Hill,1966倭狨属Cebuella倭狨C.pygmaea0.330.13一雄一雌Soini,1993秃猴属Cacajao白秃猴C.calvus5.803.45一雄一雌Hill,1966乌叶猴属Trachypithecus印度乌叶猴T.johnii4.1210.20一雄多雌Short,1979越南乌叶猴T.hatinhensis3.106.42一雄多雌Short,1979长尾叶猴属Semnopithecus喜马拉雅灰叶猴S.schistaceus3.9112.15一雄多雌Short,1979冠白睑猴属Lophocebus灰颊冠白睑猴L.albigena3.417.25一雄多雌Short,1979绿猴属Chlorocebus黑脸绿猴C.aethiops1.423.25一雄多雌Short,1979树鼩属Tupaia中缅树鼩T.belangeri1.140.11—本研究

1.2 雄性中缅树鼩睾丸和体质量的测定

研究地点位于云南省昆明市以西50 km处的西山区海口林场，所用的38只中缅树鼩均为野外捕捉：2018年3—5月，在获得林场单位批准后，采用以苹果为诱饵的金属网格捕鼠笼放置在中缅树鼩常出现的灌木丛下或倒下的树干旁，周围撒上诱饵。每隔1～2 h检查一次陷阱，一旦抓获，保留健康成年雄性中缅树鼩，记录基本信息(体质量、捕获地点)，并将其转移到布织袋中称重带回实验室，断颈处死，解剖其睾丸，采用电子天平(上海精密科学仪器有限公司)测定睾丸质量，精确到0.01 g。

1.3 数据处理

2 研究结果

采用已知婚配制度的60种灵长类动物与中缅树鼩的相对睾丸大小与体质量的对比研究发现，灵长类动物交配系统的进化与相对睾丸大小的进化有显著的相关性(图1)，一雄一雌制物种的相对睾丸大小小于一雌多雄制和一雄多雌制。本研究中，体质量较大的灵长类物种的睾丸质量也较大(r=0.31，P<0.05)，睾丸质量在3种婚配类型之间的差异有高度统计学意义(F2，57=11.36，P<0.01)，其中，一雄多雌制物种的睾丸质量最大，而一雄一雌制的最轻。体质量与婚配制度之间的差异有统计学意义(F2，57=4.09，P<0.05)，雄性中缅树鼩体质量为113.29 g±9.07 g，睾丸质量为1.14 g±0.25 g(表2)。

图1 中缅树鼩和60种灵长类动物睾丸质量对数与体质量对数的关系Fig. 1 Relationship between log testis mass and log body mass in Tupaia belangeri and 60 primate species

表2 雄性中缅树鼩体质量和睾丸质量Table 2 Descriptive statistics of body mass and testis mass of male Tupaia belangeri

3 讨论

雄性哺乳动物的睾丸由曲细精管与间质细胞组成，其尺寸与性行为和婚配方式息息相关，主要功能有：制造精子、生成雄性激素、吸引异性等(Vellnowetal.，2018)。精子是一类在复杂环境中以微观水平发挥作用的特化细胞群，同一类群的哺乳动物相对睾丸大小差异是在不同婚配方式和精子竞争的水平上发展起来的(Gage & Freckleton，2003；Rowleyetal.，2019)。在雄性生殖特征中，睾丸的相对大小呈现出与精子竞争水平的一致性。不同的交配策略和雄性对雌性的垄断情况往往可以通过一系列的行为和形态适应所反映出来(Lynch & Michael，1991)。研究表明，一雄多雌制和单配制动物在睾丸大小上区分尤为明显，因为单配制物种的睾丸尺寸相对较小，精子竞争水平较低(Short，1997)。其次，雄性在野外往往只垄断1只雌性，无需进化出庞大的体型或者特殊性状来垄断交配。近年来，有学者又在西非大猩猩、黑猩猩和红毛猩猩Pongopygmmaeus睾丸的显微结构和相对精子产生的比较研究中提出一种更能反映精子竞争的新指标——生精指数，该指标与精子产生密切相关，也是预测和评估哺乳动物婚配类型的一个实用性指标(Fujii-Hanamotoetal.，2011)。由此可见，睾丸这一伴随着哺乳动物的出现而进化出来的性器官，其尺寸的进化和交配方式及精子的竞争水平息息相关，当来自不同雄性的精子争夺受精权时，精子和睾丸的竞争就存在了，它们被视为一种强大的进化力量，最终导致了一系列丰富的性选择适应(Kahrletal.，2019)。

野生哺乳动物的睾丸相对大小和交配系统之间具有密切的关系，使得睾丸的解剖学证据可在大体上预测或确认未知动物的婚配方式(Fietz，1999)。本研究中60种灵长类动物的体质量和睾丸质量的数据与中缅树鼩的对比分析表明，睾丸尺寸与不同婚配类型存在相关性，一雄多雌制的灵长类动物的睾丸尺寸要比一雌多雄制和一雄一雌制的灵长类动物要大，与部分研究结果一致(Harcourtetal.，1995；Kappeler，1997)。本文首次以睾丸质量作为依据，对野生中缅树鼩的相对睾丸大小和婚配类型之间的关系进行了探究，较小的睾丸相对比表明中缅树鼩的精子竞争是微弱的，推测中缅树鼩的婚配制度可能为一雄一雌制。值得注意的是，近些年，来自DNA指纹、微卫星DNA等方面的分子遗传学证据逐渐揭示出动物的婚配制度比以往所认为的更加复杂和多样化，为了更好地确认该物种的婚配制度，未来可结合DNA分子技术寻找野外中缅树鼩个体间的亲缘关系来完成。