來源：人民日?qǐng)?bào)海外版

剛出生的小海馬。受訪者供圖

雄性海馬。受訪者供圖

近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所聯(lián)合多家科研機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)揭示了海龍科魚類“雄性懷孕”背后的細(xì)胞學(xué)、分子生物學(xué)與演化機(jī)制。這項(xiàng)研究不僅解答了一個(gè)長(zhǎng)期存在的生物謎題，也為理解脊椎動(dòng)物生殖方式演化提供了新視角。

雄性海馬孵化后代

從昆蟲到哺乳動(dòng)物，在絕大多數(shù)動(dòng)物類群中，懷孕生子幾乎由雌性動(dòng)物進(jìn)行。然而，大自然永遠(yuǎn)在創(chuàng)造驚喜。在蔚藍(lán)而神秘的海洋深處，海馬及其近親海龍，正在上演一場(chǎng)顛覆認(rèn)知的生育奇觀，在這里，承擔(dān)懷孕重任的是雄性。

“我們長(zhǎng)期關(guān)注海馬雄性懷孕現(xiàn)象，有一個(gè)核心的科學(xué)追問，為何海馬及其所屬的海龍科魚類能獨(dú)立演化出結(jié)構(gòu)、功能完備的雄性懷孕機(jī)制？”中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所研究員劉雅莉說，這一現(xiàn)象本身，可視為自然界一次關(guān)鍵的演化創(chuàng)新�！八粌H挑戰(zhàn)了我們對(duì)生殖性別角色的傳統(tǒng)認(rèn)知，也提供了一個(gè)天然的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，使得我們能在跨物種框架下，重新審視‘懷孕’這一復(fù)雜生命過程的本質(zhì)與調(diào)控基礎(chǔ)。”

以往科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，海馬雄性的“懷孕”依賴于其特有的育兒袋結(jié)構(gòu)。在繁殖季節(jié)，雌海馬會(huì)將成熟的卵子通過產(chǎn)卵器，精準(zhǔn)地輸送進(jìn)雄性腹部或尾部的育兒袋中。隨后，雄性在袋內(nèi)完成受精，胚胎便在這里開始了為期數(shù)周的“父孕”旅程。

然而研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，育兒袋這一器官的功能，遠(yuǎn)比想象中復(fù)雜。育兒袋不僅能夠?yàn)榕咛ヌ峁┪锢肀幼o(hù)，還承擔(dān)著氣體交換、營(yíng)養(yǎng)輸送、滲透壓調(diào)節(jié)以及免疫保護(hù)等多重任務(wù)。從功能上看，它已經(jīng)與哺乳動(dòng)物的子宮高度相似。

換言之，海馬爸爸并非簡(jiǎn)單地把卵裝在育兒袋里，而是通過這個(gè)器官，完成了一整套復(fù)雜而精細(xì)的妊娠過程。

育兒袋究竟是如何形成的？它又是如何發(fā)育成適應(yīng)形態(tài)的？

找到育兒袋的“源頭細(xì)胞”

為了找到這些問題的答案，研究團(tuán)隊(duì)引入了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)，對(duì)育兒袋在7個(gè)關(guān)鍵發(fā)育階段的細(xì)胞組成與基因表達(dá)變化進(jìn)行了精細(xì)解析。

劉雅莉說，在研究中，他們鑒定出一類具有干細(xì)胞潛能的“育兒袋上皮祖細(xì)胞”。這類細(xì)胞在雄性激素調(diào)控下被激活，并協(xié)同膠原蛋白等結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，啟動(dòng)育兒袋的形成過程。可以說，它們是育兒袋這一創(chuàng)新器官的“源頭細(xì)胞”。

更具說服力的是，研究人員向雌性海馬體內(nèi)注射雄激素后，發(fā)現(xiàn)其體表竟然也能形成類似育兒袋的結(jié)構(gòu)。這一結(jié)果明確表明，雄激素及其調(diào)控的上皮祖細(xì)胞，是激活育兒袋器官發(fā)生的開關(guān)。

突破不止一項(xiàng)。劉雅莉說：“在基因調(diào)控層面，我們首次構(gòu)建了海馬的基因敲降品系，證實(shí)了海馬特異進(jìn)化出的兩個(gè)基因—sp-chia與pastn—在類胎盤的形成過程中起重要調(diào)控作用，這可能是海馬實(shí)現(xiàn)‘父孕’的關(guān)鍵遺傳基礎(chǔ)�！�

獨(dú)特的免疫耐受機(jī)制

妊娠對(duì)脊椎動(dòng)物來說，還是一場(chǎng)免疫學(xué)挑戰(zhàn)。胚胎攜帶來自另一親本的遺傳物質(zhì)，理論上被免疫系統(tǒng)識(shí)別為“異物”。在人類和其他哺乳動(dòng)物中，這一問題通過復(fù)雜的免疫耐受機(jī)制得以解決。

那么，海馬爸爸又是如何避免“排斥自己孩子”的？

劉雅莉解釋：“它們丟失了脾臟這一重要免疫器官，并丟失了包括foxp3在內(nèi)的若干關(guān)鍵免疫耐受相關(guān)基因。同時(shí)，多個(gè)免疫相關(guān)基因家族在海馬身體中發(fā)生收縮甚至丟失。這些改變使得海馬的免疫系統(tǒng)能夠與胚胎‘和平共處’�！�

為了追溯育兒袋的演化起源，研究團(tuán)隊(duì)還比較了多種海龍科魚類的育兒袋類型。結(jié)果顯示，不同物種之間存在顯著差異。例如有的育兒袋是開放式的，有的半封閉，有的則完全封閉、功能高度復(fù)雜。

研究人員認(rèn)為，育兒袋的演化起點(diǎn)，可能是一類特化的表皮細(xì)胞。在早期階段，這些細(xì)胞的功能僅僅是幫助粘性卵附著在雄性體表。隨著演化推進(jìn)，這些細(xì)胞逐漸“招募”更多功能相似的細(xì)胞群，并通過新基因的產(chǎn)生與調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的重塑，最終演化出結(jié)構(gòu)精巧、功能多樣的育兒袋系統(tǒng)。

研究人員表示，這項(xiàng)研究揭示了海馬的育兒袋并非完全“從頭進(jìn)化”產(chǎn)生的新結(jié)構(gòu)，而是通過對(duì)已有“功能模塊”進(jìn)行重組、整合而形成的。這一發(fā)現(xiàn)具有重要的演化生物學(xué)意義，它表明自然界生物在構(gòu)建復(fù)雜生殖結(jié)構(gòu)時(shí)，傾向于巧妙重新利用已有的遺傳與細(xì)胞元件，而非每次進(jìn)行全新創(chuàng)造。這項(xiàng)研究為我們?nèi)祟惱斫饧棺祫?dòng)物從“卵生”到“胎生”的演化規(guī)律提供了新視角。

海馬“超級(jí)奶爸”的傳奇，生動(dòng)展現(xiàn)了生命演化的無限可能。（本報(bào)記者 周姝蕓）

《人民日?qǐng)?bào)海外版》（2026年01月19日第09版）