社会调节下配子快速成熟塑造寄生鲶鱼繁殖动态的机制研究

《Ecology and Evolution》：Rapid Gamete Maturation and Social Modulation Shape Reproductive Dynamics in a Brood Parasitic Catfish

本文研究了坦噶尼喀湖寄生鲶鱼（Synodontis multipunctatus）如何通过高频配子成熟和社会互动调控，适应宿主繁殖的不可预测性。实验发现雄性近乎持续具备配子能力，而雌性平均每周排卵一次，群居环境显著提升两性配子成熟率。繁殖竞争中小体型雄性更易成功，但长期繁殖垄断性较低。研究揭示了寄生性繁殖中生理与行为适应的协同机制。

　　

摘要

坦噶尼喀湖杜鹃鲶鱼（Synodontis multipunctatus）是脊椎动物中唯一已知的非鸟类专性巢寄生物种，其成功寄生依赖于与宿主（口孵性慈鲷）产卵事件的精确同步。本研究通过系列实验揭示，雄性个体能持续提供精子（81.6%监测日可获配子），而雌性排卵频率存在较大变异（平均每周一次）。社会群居条件（3对组）使两性配子成熟率显著高于单对饲养条件，表明群体动态通过生理调节提升繁殖准备度。在寄生实验中，较小体型和较瘦弱（低Fulton条件因子）的雄性获得更高父权成功率，提示敏捷性和低宿主威胁感知可能为竞争优势。尽管单次产卵事件常被单一鲶鱼对垄断（83%窝卵），但长期繁殖偏斜指数（Q_TOTAL）较低（雄性0.51±0.22，雌性0.48±0.41），多数个体能参与繁殖。研究表明，杜鹃鲶鱼的繁殖策略由高频配子成熟、社会促进和争夺交配机会的竞争共同塑造。

1 引言

专性巢寄生将育幼成本完全转嫁给宿主，引发宿主反寄生适应，推动协同进化军备竞赛。杜鹃鲶鱼面临的核心挑战是如何在宿主产卵时空不可预测的条件下同步自身排卵。与鸟类宿主不同，慈鲷宿主不形成稳定配偶对，雄性仅在短期领域求偶，雌性随机到访产卵，导致寄生机会高度分散。此前观察显示杜鹃鲶鱼可每周多次寄生，而同湖域其他Synodontis物种（如S. petricola和S. polli）需数周产卵间隔，暗示其独特繁殖生理适应。本研究提出三个假设：（1）不可预测寄生机会促进两性维持繁殖稳态；（2）群居入侵效益与社会诱导的配子成熟率提升相关；（3）群内社会结构可能导致优势个体抑制 subordinates 的繁殖。通过控制实验和亲权分析，验证上述假设并量化繁殖成功率的影响因素。

2 方法

实验用鲶鱼为7龄人工繁殖个体，分三个阶段实验：

实验1 监测24对鲶鱼在单对饲养（1-pair处理）和3对群居（3-pairs处理）下的配子释放频率，每周两次人工挤压采集配子。

实验2 使用假网底水箱观察10对鲶鱼在有无宿主线索（Astatotilapia burtoni雄鱼）下的自然产卵频率。

实验3 在405 L水族箱中混养鲶鱼群（3雄3雌）与宿主慈鲷（Jabarichromis pfefferi或Maylandia zebra），定期检测宿主口孵卵中的寄生卵，通过17个微卫星位点进行亲权分析。

统计模型采用广义线性混合模型（GLMM）分析配子频率、繁殖偏斜指数（Q）与个体特征（体长、条件因子）的关联。

3 结果

3.1 配子产生频率

单对饲养下个体平均54.3%监测日有配子，群居条件下升至65.7%（GLMM: p=0.006）。雄性配子可用性（81.6%监测日）显著高于雌性（38.4%）（p<0.001）。雌性在群居环境中配子增加幅度（13.2%）高于雄性（9.6%）（p=0.031）。自然产卵实验显示雌性在无宿主线索时27.6%天数产卵，有宿主时31.8%，差异不显著（p=0.737）。

3.2 寄生实验

亲权分析表明，多数窝卵（34/41）由单对鲶鱼垄断，但长期繁殖成功率分布较均衡：每组平均2雄参与繁殖，雌性参与数量与产卵事件数正相关。整体繁殖偏斜指数Q_TOTAL较低（雄0.51±0.22，雌0.48±0.41），但单次事件垄断指数Q_CLUTCH较高（雄0.84±0.32，雌0.89±0.26）。雄性父权份额显著高于雌性母权份额（p=0.0008），且成功雄性体型更小（p<0.0001）、条件因子更低（p=0.0058）、配子产生频率较低（p=0.0414），而雌性繁殖成功无显著预测因子。

4 讨论

杜鹃鲶鱼的高频配子成熟（尤其雌性每周排卵）和群居促进效应，是对宿主繁殖不可预测性的关键适应。相较于同属物种，其小批量卵子生产（clutch size中位数7-10卵）和短期间隔能力具有独特性。社会互动可能通过内分泌调节（如促性腺激素水平变化）加速卵泡成熟，类似机制见于其他群居动物（如Neolamprologus pulcher）。繁殖竞争中的“小雄性优势”可能源于其敏捷性降低宿主防御针对性，或更易在混乱入侵中完成受精。尽管单次事件垄断率高，但长期低繁殖偏斜提示动态的争夺竞争（scramble competition）模式，个体参与度可能取决于实时配子成熟状态。研究为理解寄生性繁殖中生理可塑性与社会环境的互作提供了新模式。