精子的进化起源走回到多细胞动物之前

一系列动物的DNA和蛋白质的分析已经揭示精子的分子工具箱大约十亿多年前出现在我们的单细胞祖先中

新科学家 By James Woodford

24 November 2025

Life

精子的游泳机制有古老的起源。Christoph Burgstedt/Alamy

精子的进化起源能被追溯回到一个所有现存动物的单细胞的祖先。

几乎所有的动物都被有一个它们的生命周期的一个单细胞阶段繁殖，涉及两种类型的性细胞或配子。卵子是更大包含基因物质和早期发育资源的细胞，而精子从一个身体运输出基因物质，定位一个卵子并与它融合来创造一个受精卵。

剑桥大学的马特（Arthur Matte）说：“精子携带允许生命从一代相传到下一代的机制。它保留7亿多年进化的痕迹并可能被联系到动物本身的起源。我们要来再追溯那个漫长的进化故事来了解精子来自什么地方” 。

马特和他的同事使用包含关于构成包括人类的32种动物中精子蛋白质信息的开放科学数据集。然后他们将这些数据与62种生物的包括一些相关到动物的单细胞群的基因组相结合，允许他们来追踪精子跨动物谱系的多样化。

他们发现了由大约300个基因家族构成的一个“精子工具包”构成最后一个共同精子的核心基因组。

马特说：“我们可以看到许多精子机制甚至在多细胞动物存在之前有过重大创新，早在精子本身之前”。

他说，这提示精子机制一个“围绕一个单个细胞推着的鞭毛”在多细胞动物浮现之前就已经进化了。

这隐含着我们的远祖曾经都是在海洋中游泳的单细胞，而精子工具包早在动物存在之前首先在一个游泳的单胞祖先中成形。

马特说：“随动物发展了多细胞性和细胞特化，它们并没有从头开始发明精子；它们重新用这些游泳祖先的身体计划作为一个精子基础。换句话说，精子不是多细胞生命的一个花哨的新发明；它被建立在为繁殖重新定目的的一个单细胞身体计划上” 。

该研究还揭示导致现代精子巨大多样性的创新大多改变了这个细胞的头部，而自共同祖先以来尾部几乎没有变化。

也在剑桥大学的团队成员勒包福（Adria LeBoeuf）说，有许多不同的受精化的模式，一些精子在一个体内与卵子相遇，另一些精子在公海中游泳。她说：“在这些不同的环境中发现一个卵子将是不同的并需要不同的机制。但无论你在哪里你仍然需要来游泳，如此尾巴被相当保守” 。

澳大利亚墨尔本拉筹伯大学的珍妮·格雷夫斯说：“这是一个说明进化如何工作来重新形成在那里的的而不是从头开始发明机制的可爱例子”。

期刊参考：Biorxiv DOI: 10.1101/2025.11.03.685759

https://www.newscientist.com/article/2505398-sperms-evolutionary-origins-go-back-before-multicellular-animals/