擬穀盜(圖:東英格蘭大學)

近日發表的一項研究指出,氣候變遷可能會對雄性昆蟲的生殖力造成影響,包括求偶行為的減少、性行為的減少、使卵子受精能力下降等。而且影響的時間不止一代,多次反覆的高溫會讓雄性幾乎完全喪失繁殖能力,氣溫上升對於族群大小有絕對的影響力,過熱的溫度甚至可能會使物種滅絕。

高溫熱浪

英國東英格蘭大學(University of East Anglia)近日發表的一項研究指出,高溫熱浪會破壞昆蟲的精子,對物種世代間的族群繁殖力產生負面影響。 研究團隊表示,熱浪來襲時雄性生物的生殖力改變,可以解釋氣候變遷會對族群大小造成的影響,包括近年來由氣候導致的物種滅絕。

東英格蘭大學生態學教授馬特·蓋吉博士(Matt Gage)表示:「此研究指出,在大量全球生物多樣性模型的系統中,當氣候環境溫度上升時,精子功能是一種特殊的敏感性特徵。 因為精子功能對於繁殖和族群生存力(population viability)特別重要,因此這些研究的結果,可以對氣候變遷造成生物多樣性威脅的說法提出一種解釋。 全球暖化將變得更不穩定和危險。熱浪等極端事件變得越來越頻繁,強度越來越高,影響地區也更加廣泛。 」

高溫熱浪是一種特別具有破壞性的氣候條件。物種的局部滅絕(local extinction),會發生在氣溫變化過於劇烈的區域。研究團隊想瞭解這件事為什麼會發生。而其中一個答案可能就和精子有關。 

昆蟲實驗

研究團隊以擬穀盜(red flour beetle,或稱麵粉甲蟲)為研究對象這是一種寄生於稻穀、麥子、玉米、高粱等的甲蟲。並經由模擬高溫熱浪的實驗,來探討氣候環境對雄性生殖力的影響。

實驗將擬穀盜分為兩組,一組存於標準的控制條件,另一組存於極端高溫環境長達五天,比其最適生存溫度高 5 至 7 度。 之後,研究團隊進行許多實驗,去評估氣候變遷對生殖成功率、精子功能及後代品質的潛在破壞程度。 

研究團隊發現,高溫環境會使雄性產生的精子數量減半,而第二波高溫幾乎使雄性的精子全部死亡。 另一方面,雌性幾乎不受高溫影響,但高溫仍會影響雌性生殖道中授精的精子。 

經過一系列的高溫實驗後,雄性精子產量減少四分之三,產生的精子難以遷移到雌性生殖道中,而且精子更容易在受精前死亡。 

高溫使生殖力受損

研究人員克利斯·薩萊斯(Kirs Sales)表示:「我們的研究結果指出,高溫會讓雄性的繁殖成功率(reproductive fitness)減半,而且效果非常持久。」 研究團隊也發現高溫會減弱雄性的性行為,實驗組的雄性交配頻率是控制組的一半。 

薩萊斯表示:「兩項相關的研究結果為連續高溫對雄性的影響,以及高溫對後代的影響。當雄性暴露於相隔十天的兩次高溫,牠們產生的子代不到控制組的 1%。自然界的昆蟲可能經歷多次高溫,若雄性的生殖系統無法適應或恢復,可能就會影響族群的大小。」 

該研究也發現,受高溫影響的雄性所產生的子代壽命較短。 而且這些子代在生殖表現上也同樣受到影響。這些雄性子代讓雌性受精的生殖能力下降,因而產生的後代數量也減少。 研究人員警告,這表示過去受到高溫影響的族群,可能已造成生殖能力的破壞。 

薩萊斯補充:「一般認為甲蟲構成了四分之一的生物多樣性,因此,這些研究結果對於了解氣候變遷對物種影響是相當重要的。 研究也發現熱休克(heat shock)對溫血動物的雄性生殖力也有影響,而且過去的研究也發現高溫會導致哺乳類的不孕症。」 

研究人員希望這些影響能納入瀕危物種的評估模型,希望後續研究能釐清原因,並提供保護措施。 

 

參考資料:

  1. University of East Anglia. (2018. Nov. 13). Climate change damaging male fertility. Physorg 
  2. Sales, K. et al, (2018). Experimental heatwaves compromise sperm function and cause transgenerational damage in a model insect, Nature Communications DOI:10.1038/s41467-018-07273-z
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