鳥蛋形態千奇百怪,原來和飛行能力有關? | Science封面文章解讀
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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。
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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。
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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
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