琉球大學熱帶生物圈研究中心瀨底研究設施的守田昌哉副教授、京都大學及大阪公立大學等組成的研究團隊，以生活在非洲東部古代湖——坦噶尼喀湖中的慈鯛科魚類Ophthalmotilapia ventralis為對象，通過整合繁殖行為觀察、分析精子運動與精子蛋白（SPP120）的基因表現，證實精子間競爭的強弱與精子壽命及蛋白表達相關。該研究是全球首次將野外行為觀察與分子生物學方法結合，實證揭示精子競爭與精子質量之間關係的成果。相關論文已在《Evolution》上發表。
圖１ 用於推測精子間競爭的參數
(A)求愛成功率（CSR）表示雄性為將雌魚引入巢穴而進行求愛行為的成功比例。
(B)巢的密度（BD）根據到最近巢穴的距離進行推定。雌魚在高密度環境中可以從更多雄魚那裡收集精子，但從多名雄魚收集精子的能力是有限的。
(C)與流浪雄魚的相遇率（ERFM）表示來自流浪雄魚密接交配的風險。流浪雄魚有時會在求偶展示中將精子遞給雌魚。（供圖：琉球大學）
生物的繁殖成功不僅取決於獲得配偶，還受到精子競爭與雌性的選擇等複雜因素影響。特別是在魚類中，由於體外受精（卵與精子在體外相遇）與體內受精（雌魚將精子納入體內）的差異，繁殖行為與精子的性質存在顯著差別。
生活在坦噶尼喀湖的一種慈鯛科魚類O.ventralis擁有獨特的繁殖方式，雄魚會在湖底築巢來吸引雌魚。這個求偶巢呈沙子聚整合片狀的形式，作為雄魚向雌魚傳遞精子以及雌魚產卵的場所而發揮作用。雌魚會拜訪多條雄魚的求偶巢，並採取一種被稱為精子購物的行為，把雄魚的精子吸入口中。之後，雌魚會在求偶巢中產卵，並將產下的卵含入口中進行保護，即進行口內育幼。卵是在此時首次與原本被她保存在口中的精子接觸並完成受精。此時，雌魚口腔內混雜著從多個雄魚那裡收集來的精液，這些精子之間會發生決定誰能夠成功完成受精的激烈競爭。此外還有報告指出，沒有求偶巢的流浪雄魚（非領地雄魚）會在擁有求偶巢的領地雄魚求偶時介入，將精子遞給雌魚，增加了精子競爭的複雜性。
在這種情況下，比其他雄魚的精子存活得更久、並能夠與卵完成受精的能力，會對雄魚的繁殖成功產生重大影響。關於精子的存活，研究團隊已經明確，精液中所含的精漿蛋白質SPP120與精液的黏性及保持有關。這意味著，SPP120被認為精子在雌魚口內能夠維持受精可能狀態的時間長短上發揮著重要作用。從這個意義上說，O.ventralis的雌魚行為、精子表徵與精液蛋白的分子機制複雜交織，可以說是理解精子競爭進化的理想模式生物。
在本次研究中，以O.ventralis為對象，調查了其獨特的繁殖生態與精子及精液蛋白質之間的關係。尤其是將基於野外潛水觀測的行為記錄、觀測個體的精子運動性解析，以及觀測個體的精液蛋白質SPP120的基因表現解析進行了綜合性的研究。
結果顯示，與流浪雄魚的相遇率以及巢穴密度越高，領地雄魚的精子壽命就越長，與流浪雄魚的相遇率和求偶成功率越高，SPP120的基因表現量就越多。此外，作為對精子形成本身投入能量指標的精巢大小，也在求偶巢密度越高時越大。另一方面，精子的游泳速度則未發現與這些項目呈現相關。
在O.ventralis中，雖然精子購物行為經常被觀察到，但產卵卻極為罕見。也就是說，可以認為受精過程是在雌魚口內多條雄魚的精子混雜的情況下進行的。由於雌魚產卵的時機對雄魚來說難以預測，因此精子能夠長時間存活對於受精成功很重要。可以觀察到越是精子競爭激烈的雄魚（與流浪雄魚的相遇率高、巢穴密度高的雄魚），其精子具有壽命越長的傾向。也就是說，相比「游泳速度」，精子「活得更久」與繁殖成功的關聯更強。
SPP120是與精子運動與擴散有關的蛋白質，其表達水平與潛入（sneaking）風險指標（與流浪雄魚的相遇率）以及求愛成功率相關。這表明可能存在根據精子競爭強度而進行的基因層面的調節。
然而，雖然精子的運動性和SPP120的基因表現都共同與流浪雄魚的相遇率相關，但它們與求偶成功率及巢穴密度的關係卻不同。許多生物中被視為精子競爭指標的精巢大小與求偶巢密度相關，但與其他指標無關。
這些結果表明，在O.ventralis中，繁殖成功是由行為（雌魚的選擇與雄魚的競爭）、精子表徵（壽命與數量）以及分子層面的調節（蛋白質表達）共同作用決定的。尤其是，該物種具有結合了體外受精和體內受精特徵的獨特受精環境，由此突顯出與之相適應的精子策略已發生進化。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Evolution
論文：Variation in sperm motility and seminal plasma protein expression is shaped by pre- and post-mating sexual selection in the mouthbrooding cichlid (Ophthalmotilapia ventralis)
DOI：10.1093/evolut/qpaf196
