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我們是中科院主管、科學(xué)出版社主辦，與日本知名科普雜志Newton版權(quán)合作的一本綜合性科普月刊。

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包括我們?nèi)祟愒趦?nèi)，絕大多數(shù)脊椎動物自出生到死亡都會保持同一性別不變。然而同樣屬于脊椎動物的魚類卻是個例外，它們中的很多種能夠在成長一段時間后改變性別。在大約3萬種魚類中，被發(fā)現(xiàn)能夠變性的有400種以上，主要集中于溫帶到熱帶海域，從石斑魚到黑鯛，從隆頭魚科到蝦虎魚科，存在著多種多樣的變性魚。

為了轉(zhuǎn)換性別，魚就必須將自己目前性別所特有的性腺（卵巢或精巢）轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪恍詣e的性腺，為此需要付出的精力可想而知。既然如此，為何要如此大費(fèi)周章地轉(zhuǎn)換性別呢？實(shí)際上，變性是魚類在進(jìn)化過程中獲得的巧妙的繁殖策略。

各種魚類獨(dú)自進(jìn)化出變性的能力

魚類大致可以分為以下兩類：軟骨魚和硬骨魚。在成熟后能夠變性的魚都是硬骨魚，在軟骨魚中則不存在這一現(xiàn)象。地球上的軟骨魚比硬骨魚要古老，硬骨魚是從軟骨魚進(jìn)化而來。也就是說，魚類祖先原本也是性別固定的，能夠變性的魚是在進(jìn)化過程中獲得的變性能力。

另外，因?yàn)楹芏嗖煌N的魚都能變性，所以我們一般認(rèn)為變性能力是不同種的魚獨(dú)自進(jìn)化出來的。

魚類具體在什么時候會變性呢？

|| 裂唇魚

先來看看名為裂唇魚的魚類，它們主要是從雌性變?yōu)樾坌?，不過也有逆向變性的例子。裂唇魚是一夫多妻制的魚類。一條強(qiáng)壯的雄性裂唇魚，最多可以占有領(lǐng)地中的10條雌魚。如果有其他雄魚進(jìn)入領(lǐng)地的話，就會對其進(jìn)行猛烈的攻擊并將其趕出領(lǐng)地。

裂唇魚在剛出生時是沒有雄魚的，全部都是雌魚。這些雌魚會作為“后宮”的一員，在雄魚的保護(hù)下成長。

在處于“魚王”地位的雄魚死后，“后宮”中的一條雌魚就會開始向雄性轉(zhuǎn)換。此時變性的魚是整個魚群中體型僅次于原先雄魚的最大的雌魚。也就是說，魚群通過這一機(jī)制保持其中最大的個體為雄魚?？梢哉f，裂唇魚這樣的魚是通過感知其所處的社會地位而變性。

裂唇魚的性別轉(zhuǎn)換首先體現(xiàn)在行為的轉(zhuǎn)換上。通常在繁殖期時，作為魚群首領(lǐng)的雄魚會在雌魚面前做出擺尾等求愛動作，然后緊貼在其后背上一起上浮。這時，雌魚會排出卵子，而雄魚則配合其排出精子。

在魚群中的雄魚死后，最大的雌魚在僅僅30分鐘后就會出現(xiàn)向其他雌魚求愛的行為。這條最大的雌魚也會緊貼在較小的雌魚的背上一起上浮，小雌魚產(chǎn)卵。當(dāng)然，此時這條最大的雌魚還沒有發(fā)育出雄性的性腺（精巢)，無法產(chǎn)生精子，所以只是擺出雄性的樣子做做姿態(tài)罷了。

一般來說，身體變性要比如上的行為變性遲一些。卵巢萎縮并發(fā)育出精巢需要2～3周的時間，然后才能變成擁有正常功能的雄魚。

|| 眼斑雙鋸魚

電影《海底總動員》中的主人公“尼莫”所屬的雙鋸魚屬魚類和裂唇魚的變性方向恰好相反。它們會作為雄性長大，然后變?yōu)榇菩?。雙鋸魚屬的眼斑雙鋸魚是一種體長最大為10厘米左右的魚類，身體橙白相間，棲息于溫帶到熱帶的珊瑚礁中，作為漂亮的觀賞魚類有很高的人氣，在很多寵物魚店都可以買到。

野外的眼斑雙鋸魚在幼魚期會隨海流游動，在偶然間碰到的?？卸冗^余生。?？L有毒刺，眼斑雙鋸魚通過在其中生活從而避開捕食者。

在一個海葵中，一般會有多條眼斑雙鋸魚組成一個群體。但在這個魚群中性成熟的只有其中最大的兩條，最大的是雌性，其次大的是雄性，其他的魚的精巢和卵巢都沒有充分發(fā)育，無法達(dá)到性成熟。無論經(jīng)過多少年，這個魚群中都只會有相對最大的兩條魚是性成熟的，進(jìn)行繁殖行為的也就只有這一對，所以眼斑雙鋸魚是一夫一妻制的魚類。

當(dāng)群體中最大的雌性個體死后，曾經(jīng)第二大的雄魚就會變?yōu)榇菩浴Ｈ缓笊形葱猿墒斓聂~中的最大者（也就是整個魚群中曾經(jīng)第三大的魚）會成為新的性成熟的雄魚。

而另一方面，如果雄魚死了，沒有性成熟的魚中的最大者就會成為成熟的雄魚。這樣一來，魚群通常能夠保持其中最大的魚為雌性，而次大的為雄性。也就是說，眼斑雙鋸魚與裂唇魚一樣，會根據(jù)所處的社會地位而變性。

產(chǎn)生后代的數(shù)量是解讀變性行為的關(guān)鍵

那么，這些魚類究竟是為何進(jìn)化出了變性的能力呢？體長優(yōu)勢理論可以給予我們答案。這一理論于1969年由美國生物學(xué)家邁克爾·蓋斯林提出，并于1975年被美國海洋生物學(xué)家羅伯特·沃納公式化，從而得到了極大的發(fā)展。它解釋了魚類變性的原則。

體長優(yōu)勢理論認(rèn)為，根據(jù)魚身體的大小不同，對延續(xù)后代而言更為有利的性別也不同，所以魚類在身體大小改變后就傾向于向更有利的性別轉(zhuǎn)換。

我們先來分析一下裂唇魚這樣一夫多妻制的魚類。這種魚類中，雄性間的競爭十分激烈，而雌魚更傾心于強(qiáng)大的雄魚。因此，較弱小的雄魚會在競爭中輸給強(qiáng)壯的雄魚而無法獲得伴侶，也就失去了繁衍后代的機(jī)會。而另一方面，作為雌魚，即便比較弱小，也仍能作為“后宮”的一員而留下子嗣。也就是說，在魚偏弱小時，作為雌性更有利于留下后代。

然而，在身體長大后，有利的性別就不再是雌性了。對于身強(qiáng)體壯的魚來說，如果是雄性，就可以組建自己的“后宮”，讓多個雌魚為自己傳宗接代。在這種情況下，在身體較小時作為雌性、在身體長大后變?yōu)樾坌缘脑捠亲钣行实膫髯诮哟牟呗?。一般認(rèn)為，這就是一夫多妻制的魚類會由雌性轉(zhuǎn)換為雄性的理由。

另一方面，對于眼斑雙鋸魚這樣一夫一妻制的魚類來說，情況就完全不同了。它們這種社會狀況對于雄性的強(qiáng)壯與否并不過分挑剔【因?yàn)橐环蛞黄拗坡?，魚魚有份！】，所以即便是身體弱小的雄性依然有機(jī)會留下后代。在這樣的情況下，雄性的精子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雌性的卵子數(shù)，也就是說，雄魚所能擁有的后代數(shù)量將取決于配對的雌魚所能產(chǎn)生的卵子數(shù)量，雄魚自身并不能對此產(chǎn)生影響。

而對于雌性來說，身體越大，產(chǎn)生的卵子數(shù)量越多。因此，雌魚所能夠留下的后代數(shù)量將隨自己的身體變大而增多。所以一般認(rèn)為在進(jìn)化的過程中，這種一夫一妻制的魚類獲得了從雄性轉(zhuǎn)換為雌性的能力。

本文節(jié)選自《科學(xué)世界》2016年第8期

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