鳥蛋形態千奇百怪，原來和飛行能力有關？

原創 2017-06-28 郝春暉 知識分子

形態各異的鳥蛋，圖片來自sciencing.com

編者按：

在維多利亞時代，歐洲博物學的興起，造就了一批執著的「鳥人」，這些人愛鳥如命，為一睹罕見鳥種的真容，不惜跋山涉水，翻山越嶺。也有很多人將觀鳥的愛好轉移至鳥蛋上，收藏奇奇怪怪的鳥蛋，雖然他們並不知道形態各異的鳥蛋後背的科學原理。近日，《科學》雜誌以封面文章的形式，揭示了令鳥蛋收藏家痴迷的形態各異的鳥蛋，所蘊藏的生物學機理。

編譯 | 郝春暉

責編 | 葉水送

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在脊椎動物的進化史上，離開海洋踏上陸地是一個標誌性的事件。從那時起，脊椎動物利用自己卓越的運動能力探索著無垠的土地，將足跡印滿整個星球。這一革命性事件的背後是，羊膜卵的進化為脊椎動物離開海洋提供了無限的可能。

普通鳥卵的結構

正是由於羊膜卵的卵殼膜和蛋殼的保護作用，脊椎動物才得以在早期大陸惡劣的環境中產卵，而不用在海里產卵。物種從海洋到陸地的過程中，鳥蛋起到了關鍵作用。

3.6億年後的今天，鳥蛋已進化出千姿百態，從棕貓頭鷹近乎球形的蛋到鷸的淚滴形蛋，無論形狀還是大小都極不相同。

為什麼鳥類的蛋會進化出如此千奇百怪的形態；決定鳥蛋形態多樣性的生物物理學機制是什麼；鳥類自身又是如何影響蛋的形態?

為了回答上述問題，日前，一支由哈佛大學和普林斯頓大學的科學家領導的研究團隊，利用數學、物理以及生物學等方法，為我們揭開了謎底。

這項研究是一個浩大的工程，研究人員共分析了49175枚鳥蛋的形態，它們隸屬於37個目、1400個種，其中有2個鳥種現已滅絕。

研究人員發現，鳥蛋的形態變化是一個連續的變數，在不同物種中有所重疊，而且鳥蛋的形狀與其飛行能力密切相關，這意味鳥類的飛行能力可能是鳥蛋形態多樣性的重要驅動力。

確實是這樣嗎？

讓我們暫且撇開飛行，先談鳥蛋本身。維持蛋的形態，是卵殼膜還是蛋殼重要? 研究人員推斷，卵殼膜更重要。這意味，如果蛋殼被醋等酸性液體溶解，卵殼膜依然可幫助蛋維持自身的形態。

那麼問題又來了，卵殼膜是如何使蛋擁有如此多樣的形態？想像一個氣球，如果它由同一種材料構成且各處厚度一致，當它充滿氣體時，當然會是一個規則的球體。如果不是呢，它的形態就有可能發生改變。鳥蛋的不同形態正是源於此，由於卵殼膜厚度、組成成分的多變性，以及施加在其上壓力的不均，蛋的形態才如此多變。

不同的鳥蛋，請比較飛行能力俱佳的蜂鳥和信天翁形狀，圖片來自sciencemag.com

找到問題的關鍵後，再讓我們探究鳥類又是如何影響蛋的形態，即影響卵殼膜厚度不均的外力是什麼。一開始研究人員試圖建立蛋的形態與鳥類多種性狀之間的聯繫，這些性狀包括築巢位置、鳥巢樣式、窩卵數（單位時間內鳥類在巢里產卵的數量）、食性以及飛行能力等。

最終，研究人員的分析得出，飛行是影響鳥蛋形態的主要因素。為了維持適合飛行的平滑流線型體態，鳥類會產下更不對稱且更接近橢球形的蛋，因為這樣的蛋可在不增加寬度的同時最大化蛋的體積。

在鳥類學中一直有一個謎題：翼展可達3.5米的信天翁和體長只有10厘米左右的蜂鳥卻擁有相似形態的蛋？根據上文分析，很容易得出結論，這是因為它們都是天生的優秀飛行家，擁有橢圓形和非對稱形蛋，具有更強的飛行能力。鑒於此，這個謎題也就迎刃而解了。

相關文章：

Stoddard et al. Avian egg shape: Form, function,and evolution. Science. 2017.

製版編輯：常春藤丨

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