近日，中國科學院南海海洋研究所聯合多家科研機構，系統揭示了海龍科魚類“雄性懷孕”背後的細胞學、分子生物學與演化機制。這項研究不僅解答了一個長期存在的生物謎題，也為理解脊椎動物生殖方式演化提供了新視角。

雄性海馬孵化後代

從昆蟲到哺乳動物，在絕大多數動物類群中，懷孕生子幾乎由雌性動物進行。然而，大自然永遠在創造驚喜。在蔚藍而神秘的海洋深處，海馬及其近親海龍，正在上演一場顛覆認知的生育奇觀，在這裡，承擔懷孕重任的是雄性。

“我們長期關注海馬雄性懷孕現象，有一個核心的科學追問，為何海馬及其所屬的海龍科魚類能獨立演化出結構、功能完備的雄性懷孕機制？”中國科學院南海海洋研究所研究員劉雅莉説，這一現象本身，可視為自然界一次關鍵的演化創新。“它不僅挑戰了我們對生殖性別角色的傳統認知，也提供了一個天然的實驗系統，使得我們能在跨物種框架下，重新審視‘懷孕’這一複雜生命過程的本質與調控基礎。”

以往科學研究發現，海馬雄性的“懷孕”依賴於其特有的育兒袋結構。在繁殖季節，雌海馬會將成熟的卵子通過産卵器，精準地輸送進雄性腹部或尾部的育兒袋中。隨後，雄性在袋內完成受精，胚胎便在這裡開始了為期數周的“父孕”旅程。

然而研究團隊發現，育兒袋這一器官的功能，遠比想象中複雜。育兒袋不僅能夠為胚胎提供物理庇護，還承擔着氣體交換、營養輸送、滲透壓調節以及免疫保護等多重任務。從功能上看，它已經與哺乳動物的子宮高度相似。

換言之，海馬爸爸並非簡單地把卵裝在育兒袋裏，而是通過這個器官，完成了一整套複雜而精細的妊娠過程。

育兒袋究竟是如何形成的？它又是如何發育成適應形態的？

找到育兒袋的“源頭細胞”

為了找到這些問題的答案，研究團隊引入了單細胞轉錄組測序技術，對育兒袋在7個關鍵發育階段的細胞組成與基因表達變化進行了精細解析。

劉雅莉説，在研究中，他們鑒定出一類具有幹細胞潛能的“育兒袋上皮祖細胞”。這類細胞在雄性激素調控下被激活，並協同膠原蛋白等結構基因的表達，啟動育兒袋的形成過程。可以説，它們是育兒袋這一創新器官的“源頭細胞”。

更具説服力的是，研究人員向雌性海馬體內注射雄激素後，發現其體表竟然也能形成類似育兒袋的結構。這一結果明確表明，雄激素及其調控的上皮祖細胞，是激活育兒袋器官發生的開關。

突破不止一項。劉雅莉説：“在基因調控層面，我們首次構建了海馬的基因敲降品係，證實了海馬特異進化出的兩個基因—sp-chia與pastn—在類胎盤的形成過程中起重要調控作用，這可能是海馬實現‘父孕’的關鍵遺傳基礎。”

獨特的免疫耐受機制

妊娠對脊椎動物來説，還是一場免疫學挑戰。胚胎攜帶來自另一親本的遺傳物質，理論上被免疫系統識別為“異物”。在人類和其他哺乳動物中，這一問題通過複雜的免疫耐受機制得以解決。

那麼，海馬爸爸又是如何避免“排斥自己孩子”的？

劉雅莉解釋：“它們丟失了脾臟這一重要免疫器官，並丟失了包括foxp3在內的若干關鍵免疫耐受相關基因。同時，多個免疫相關基因家族在海馬身體中發生收縮甚至丟失。這些改變使得海馬的免疫系統能夠與胚胎‘和平共處’。”

為了追溯育兒袋的演化起源，研究團隊還比較了多種海龍科魚類的育兒袋類型。結果顯示，不同物種之間存在顯著差異。例如有的育兒袋是開放式的，有的半封閉，有的則完全封閉、功能高度複雜。

研究人員認為，育兒袋的演化起點，可能是一類特化的表皮細胞。在早期階段，這些細胞的功能僅僅是幫助粘性卵附着在雄性體表。隨着演化推進，這些細胞逐漸“招募”更多功能相似的細胞群，並通過新基因的産生與調控網絡的重塑，最終演化出結構精巧、功能多樣的育兒袋系統。

研究人員&&，這項研究揭示了海馬的育兒袋並非完全“從頭進化”産生的新結構，而是通過對已有“功能模塊”進行重組、整合而形成的。這一發現具有重要的演化生物學意義，它表明自然界生物在構建複雜生殖結構時，傾向於巧妙重新利用已有的遺傳與細胞元件，而非每次進行全新創造。這項研究為我們人類理解脊椎動物從“卵生”到“胎生”的演化規律提供了新視角。

海馬“超級奶爸”的傳奇，生動展現了生命演化的無限可能。