在海洋深处，属于海龙科的海马及其近亲海龙，正在上演一场生育革命——在这里，承担怀孕重任的是雄性。记者11月24日获悉，一项由中国科学院南海海洋研究所研究员林强团队与德国康斯坦茨大学等团队合作的研究，揭开了海龙科鱼类“雄性怀孕”背后的奇妙机制。该成果近日发表于国际期刊《自然·生态与演化》。
海马爸爸之所以能怀孕，是因为它们身上长有一个特殊的育儿袋。在繁殖过程中，雌海马会将成熟的卵子产入育儿袋中，随后由雄性完成受精。此后，雄海马便开始了为期数周的“孕爸”生涯。其育儿袋不仅可以保护胚胎，还能为胚胎输送氧气和养分，调节渗透压，甚至提供免疫保护，这功能简直可以和哺乳动物的子宫相媲美。
那么，海马爸爸的育儿袋从何而来？研究团队通过先进的单细胞测序技术，分析了育儿袋在七个发育阶段的变化，发现了一类具有干细胞潜能的育儿袋上皮祖细胞。
“这些细胞在雄性激素的调控下，协同相关基因共同促使育儿袋形成。更有趣的是，我们给雌性海马注射雄性激素后，它们竟然也长出了育儿袋。”林强说，这说明雄性激素及其调控的育儿袋上皮祖细胞是育儿袋形成的关键开关。
为顺利实现“雄性怀孕”，雄性海马育儿袋内皮层在妊娠初期会显著增厚，形成类似哺乳动物胎盘的结构。
研究团队还发现了一类“类滋养层细胞”，它们的功能和基因表达方式与哺乳动物胎盘中的滋养层细胞高度相似。此外，海马还演化出一些关键基因，这些基因在类胎盘形成过程中扮演重要角色。
胎生动物成功妊娠的关键环节之一是受精卵顺利着床。尽管胚胎会被母体免疫系统识别，但在母胎界面处会发生复杂的免疫调节过程，动态平衡免疫排斥与免疫保护，从而保障胎儿正常发育。在哺乳动物中，调节性T细胞及其关键转录因子foxp3在建立母胎免疫耐受中发挥核心作用。有趣的是，海马基因组中缺乏foxp3基因。该研究揭示，海马演化出了一套“非foxp3依赖”的独特免疫调控机制，以避免父体免疫系统将胚胎视为异物排斥，从而保障“父孕”过程的顺利进行。
该研究还比较了不同海龙科物种的育儿袋类型——有的开放，有的半封闭，有的完全封闭。研究团队发现，这一结构的演化起点可能是一种特化的表皮细胞，其最初的作用只是帮助黏性卵附着在雄性身体表面。随着时间的推移，这类细胞逐渐招募更多功能相似的细胞，并演化出新的基因，最终共同驱动了育儿袋结构复杂化和功能多样性。
林强表示，这项研究不仅揭示了“雄性怀孕”这一独特生物现象背后的细胞与分子机制，也为人类理解脊椎动物从卵生到胎生的演化规律提供了新视角。
