巴西洞穴昆蟲紐羅格拉具有特殊的進化和形態(tài)意義，因為它們具有相反的生殖器結(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)最早是由2014年的國際科學(xué)家組成的，包括北海道大學(xué)副教授Kazunori Yoshizawa和慶應(yīng)義塾大學(xué)副教授Yoshitaka Kamimura。該團隊因其在2017年的發(fā)現(xiàn)獲得了諾貝爾生物學(xué)獎。
在交配過程中，雄性通過雌性陰莖頂端精囊導(dǎo)管的開口將液體精液注入雌性精子儲存器官，稱為精囊。精液的存在會導(dǎo)致硬膠囊的形成，硬膠囊被包裹在女性體內(nèi)。雌性不僅可以利用膠囊中的內(nèi)容物進行受精，還可以在必要時利用營養(yǎng)物質(zhì)，因為它們生活的洞穴中營養(yǎng)物質(zhì)很少。人們認為，從精液中獲取營養(yǎng)的能力促使女性在交配中競爭，最終導(dǎo)致女性陰莖的進化。
許多生物已經(jīng)顛倒了它們的性別角色，但是紐羅格拉是唯一已知發(fā)育成女性陰莖的生物，盡管導(dǎo)致其發(fā)育的因素仍然未知。在eLife發(fā)表的最新研究中，研究人員聚焦于精子儲存器官入口處的一種獨特的板狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在任何其他昆蟲身上都找不到。
研究人員分析了這個位于精子儲存器官頂部的被稱為“精子板”的板狀結(jié)構(gòu)，并通過光學(xué)顯微鏡、共聚焦激光掃描顯微鏡和高分辨率計算機斷層掃描顯示了精子的流動情況。在SPring-8同步輻射裝置中。
分析導(dǎo)致在精液儲存器官的入口處發(fā)現(xiàn)了一個0.3毫米寬的微小開關(guān)閥，它可以將精液流轉(zhuǎn)移到左右通道。這種閥門由一個可以轉(zhuǎn)換流量的旋塞閥、一個像風扇一樣的肌肉和一種叫做resilin的橡膠狀蛋白質(zhì)組成，這種蛋白質(zhì)可以支撐肌肉結(jié)構(gòu)并保護旋塞閥。
嚙齒類動物，俗稱書虱，與紐羅格拉同屬一個序列(Psocodea)，一次只能接收一個精子包，而紐羅格拉由于開關(guān)閥，一次可以接收兩個膠囊。研究人員推測，“瓣膜獲取更多精液的能力導(dǎo)致女性之間對精液的激烈競爭，這促進了女性陰莖的進化?！?
“利用仿生學(xué)模仿生命結(jié)構(gòu)來解決工程挑戰(zhàn)并獲得動力，可以應(yīng)用于納米技術(shù)設(shè)備的設(shè)計，”Kazunori Yoshizawa說。
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