复杂型外生殖器类蜘蛛外雌器管道与内部生殖管道的连系

The conventional model of spider reproductive anatomy has paired fertilization ducts discharge sperm from paired spermathecae into the uterus externus, where the sperm fertilize the eggs. Nevertheless, limited by study methods, up to now there are not any directed evidences to show the fertilization ducts open to the uterus externus, and the anatomical site of spider internal fertilization remains ambiguous. Evidences show that at least in some spider groups there is no physical link between fertilization ducts and uterus externus. Furthermore, there maybe present more connecting patterns between them. The goals of the present study are to conduct a comparative study on entelegyne epigyna, based on the architectures of fertilization tracts, their proximal ends and the connection with uterus externus, the entelegyne epigyna will be divided into several epigynal patterns. Furthermore, we apply 3D reconstruction approach to the representatives of different epigynal patterns. The results of 3D reconstruction for the sets of histological serial sections and micro computed tomography images would simultaneously demonstrate the epigynal tracts and internal reproductive duct, as well as the connection between them. Our results will not only test the structural possibility of entelegyne spiders to undertake internal fertilization, but also test the hypotheses on the origin of entelegyne epigynum.

蜘蛛生殖结构的经典模式是由成对的受精管将储存在成对的纳精囊中的精子释放到阴道中，并在那里完成体内受精。然而受研究方法的局限至今没有直接证据显示受精管开口于阴道，且体内受精的具体位置也不得而知。有证据显示至少在一些类群中受精管与阴道之间并不存在直接连系，而且二者之间的连接方式存在多种可能性。本项目旨在研究蜘蛛复杂型外雌器的管道结构及其近端与内部生殖管道之间的连系，对经典模式进行验证，以确定蜘蛛体内受精在结构上的可行性。我们将通过对蜘蛛复杂型外雌器的比较形态学研究，根据受精管的管道结构，近端开口位置，及其与阴道的连接方式将外雌器分为不同的模式；并将3D重建技术应用于不同外雌器模式的代表种，通过对组织学连续切片和微型计算机圆轨迹扫描图像的3D重建，同时呈现外雌器管道和内部生殖管道，及二者之间的连系。我们的研究结果不仅从结构上验证蜘蛛营体内受精的可能性，而且也为验证复杂型外雌器起源的假说提供证据。

本项目旨在研究蜘蛛复杂型外雌器的管道结构及其近端与内部生殖管道之间的连接方式，主要针对两个问题：1）向内外雌器受精管与输卵管远端的阴道是否直接相连，这关系到蜘蛛是否能像普遍认为的那样营体内受精的生殖方式；2）纳精囊的精子保护问题是如何解决的，这是所有复杂型外生殖器类蜘蛛必须面对的问题。.我们进行了基于36科187属330种蜘蛛的411个样本的扫描电镜观察的外雌器的比较形态学研究，对5科11个代表种的半薄连续切片和MCT的组织学研究，和对外雌器结构和内部生殖管道的3D重建。结果显示：1）所有类群，腹沟向内有双开口，分别是初生阴道和次生阴道；2）无论受精管的结构是沟是管，都只与次生阴道相关联，初生阴道成盲端，只共肌肉附着；3）在蜘蛛的进化过程中输卵管远端开口曾经发生过从初生阴道向次生阴道的转移，使得在古老类群中由初生阴道承担的肌突和排卵的双重功能，在后续演化中得以分离；4）外雌器管道近端与次生阴道的连接方式因管道结构是沟还是管而有所不同；生殖板形态变化也会影响到受精管近端与次生阴道的连接方式。体内受精在大部分蜘蛛是可行的，也有例外情况。这个结果改变了传统认识中蜘蛛的生殖结构模式。.蜘蛛复杂型纳精囊的确有精液的泄露干燥和倒流的问题，而纳精囊没有任何结构性的闭锁机制，需要外源性的解决方法。交配栓作为潜在的解决之道，通常人们无法分辨业已存在的交配栓，其形成的初衷到底是为了阻止雌蛛再交配，还是为了精子保护。我们通过选择具有特殊性的外生殖器和特殊的交配行为的蜘蛛，结合外雌器管道结构特征和交配实验证明，1）在盖蛛双胜蛛中交配后形成的SCP的目的不是阻止雌蛛再交配，而是为精子保护；2）双胜蛛中出现2种交配栓，SP是交配间期临时性的精子保护机制，SCP是后交配期永久性精子保护机制，和终止交配；3）在络新妇中，三种交配栓具有不同的功能，SP是精子保护机制；SCP是雌蛛的交配策略，而GP是雄蛛的交配策略。本研究结果为交配栓的精子保护假说提供了实证。