科學(xué)家發(fā)現(xiàn)所有種類的雌性動物---從鳥類到爬行動物到昆蟲---有一種延長精子壽命的技巧,，讓它們儲存精子數(shù)周,、數(shù)月或者甚至數(shù)年,。2012年1月25日，該研究發(fā)表在Proceedings of the Royal Society B期刊上,。
他們發(fā)現(xiàn)雌性動物通過降低精子的代謝速率來完成這項工作的，因此精子能夠在它們的身體幾乎無限期地存活,。
在一個極端例子中,，生物學(xué)家證實蟻后(queen ant)用它們能夠儲存多達30年的精子給它們的卵子受精。正常條件下,，一旦精子在雄性體外,，它就不能存活太長時間。
這些發(fā)現(xiàn)可能解釋為什么在生殖醫(yī)學(xué)上精子樣品不一定是預(yù)測一個人是否能夠生育孩子的最佳方法,。
領(lǐng)導(dǎo)該項研究的英國謝菲爾德大學(xué)Klaus Reinhardt博士說,，“對精子進行不育測試是極其不可靠的，這可能是一種原因,。”
它似乎是雌性降低精子的代謝速率和阻止精子產(chǎn)生過量的高度破壞性的稱作自由基的活性氧分子,。較慢的代謝也就意味著精子要比正常情況下更加慢地衰老。
眼下,，Reinhardt和他的同事們還不知道雌性如何成功完成這項工作,。
Reinhardt說，“所有細胞都產(chǎn)生這些分子,，但是精子傾向于產(chǎn)生得更多,，這可能是因為它們?nèi)绱丝焖俚拇x。更重要的是,，在所有細胞中,，活性氧分子被認為是加速衰老。因此如果它能夠去除自由基,，它就可能延長精子的壽命,。”
自由基促進衰老的觀點并不新鮮。營養(yǎng)學(xué)家長期而言一直推銷吃諸如水果和蔬菜的觀點,，因為有證據(jù)表明它們含有清除自由基的抗氧化劑,。
盡管有人曾經(jīng)暗示雌性通過降低精子的代謝速率阻止精子產(chǎn)生自由基，但是在此之前沒有人證實這一點,。
Reinhardt解釋道,，“雌性可能首先讓精子產(chǎn)生更加少的自由基的方式操縱它們。”
因此Reinhardt和他的同事,，來自法國佩皮尼昂大學(xué)的Anne-Cécile Ribou,，決定利用一種來自癌癥研究領(lǐng)域的技術(shù)來進行研究。
他們使用一種稱作熒光壽命測量(fluorescence-lifetime measurement)的技術(shù)來分析從雌性蟋蟀生殖道中獲取的精子,。這種技術(shù)讓他們監(jiān)控雄性蟋蟀精細胞的代謝速率和與此同時它們產(chǎn)生的氧化性自由基數(shù)量,。
他們發(fā)現(xiàn)儲存在雌性地中海田野蟋蟀中的精子代謝速率相比于未儲存的精子下降了37%。這個與低代謝速率對應(yīng)著產(chǎn)生低水平自由基的發(fā)現(xiàn)相符合,。
但是他們也發(fā)現(xiàn)從雄性中獲得的精子存在完全不同的過程：代謝更快的精子并不一定產(chǎn)生更多的活性氧分子,。
Reinhardt說,，“因此在這種情形中衰老研究的當(dāng)前觀點---較高的代謝等于較快的衰老---靠不住。”
研究小組注意到的另一件事情就是未儲存的精子中的代謝速率不能預(yù)測精子儲存在雌性中的代謝速率,。
Reinhardt說,，“這就是為什么生育預(yù)測可能不是如此有效的原因。一旦精子進入雌性的生殖道,，雌性不能讓它死去,，其中一種原因可能就是關(guān)閉精子代謝要比支持它們的能量需求代價更小。這就是我們未來想要研究的東西,。”(生物谷：towersimper編譯)
doi:10.1098/rspb.2011.2422
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Reduced metabolic rate and oxygen radicals production in stored insect sperm
Anne-Cécile Ribou and Klaus Reinhardt
Females of internally fertilizing species can significantly extend sperm lifespan and functionality during sperm storage. The mechanisms for such delayed cellular senescence remain unknown. Here, we apply current hypotheses of cellular senescence developed for diploid cells to sperm cells, and empirically test opposing predictions on the relationship between sperm metabolic rate and oxygen radical production in an insect model, the cricket Gryllus bimaculatus. Using time-resolved microfluorimetry, we found a negative correlation between metabolic rate (proportion of protein-bound NAD[P]H) and in situ intracellular oxygen radicals production in freshly ejaculated sperm. In contrast, sperm stored by females for periods of 1 h to 26 days showed a positive correlation between metabolic rate and oxygen radicals production. At the same time, stored sperm showed a 37 per cent reduced metabolic rate, and 42 per cent reduced reactive oxygen species (ROS) production, compared with freshly ejaculated sperm. Rank differences between males in ROS production and metabolic rate observed in ejaculated sperm did not predict rank differences in stored sperm. Our method of simultaneously measuring ROS production and metabolic rate of the same sample has the advantage of providing data that are independent of sperm density and any extracellular antioxidants that are proteins. Our method also excludes effects owing to accumulated hydrogen peroxide. Our results unify aspects of competing theories of cellular ageing and suggest that reducing metabolic rate may be an important means of extending stored sperm lifespan and functionality in crickets. Our data also provide a possible explanation for why traits of ejaculates sampled from the male may be rather poor predictors of paternity in sexual selection studies and likelihood of pregnancy in reproductive medicine
