形態(tài)各異的鳥蛋，圖片來自sciencing.com
編者按：
在維多利亞時(shí)代，歐洲博物學(xué)的興起，造就了一批執(zhí)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(zhuǎn)移至鳥蛋上，收藏奇奇怪怪的鳥蛋，雖然他們并不知道形態(tài)各異的鳥蛋后背的科學(xué)原理。近日，《科學(xué)》雜志以封面文章的形式，揭示了令鳥蛋收藏家癡迷的形態(tài)各異的鳥蛋，所蘊(yùn)藏的生物學(xué)機(jī)理。
在脊椎動(dòng)物的進(jìn)化史上，離開海洋踏上陸地是一個(gè)標(biāo)志性的事件。從那時(shí)起，脊椎動(dòng)物利用自己卓越的運(yùn)動(dòng)能力探索著無垠的土地，將足跡印滿整個(gè)星球。這一革命性事件的背后是，羊膜卵的進(jìn)化為脊椎動(dòng)物離開海洋提供了無限的可能。
普通鳥卵的結(jié)構(gòu)
正是由于羊膜卵的卵殼膜和蛋殼的保護(hù)作用，脊椎動(dòng)物才得以在早期大陸惡劣的環(huán)境中產(chǎn)卵，而不用在海里產(chǎn)卵。物種從海洋到陸地的過程中，鳥蛋起到了關(guān)鍵作用。
3.6億年后的今天，鳥蛋已進(jìn)化出千姿百態(tài)，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。
為什么鳥類的蛋會(huì)進(jìn)化出如此千奇百怪的形態(tài)；決定鳥蛋形態(tài)多樣性的生物物理學(xué)機(jī)制是什么；鳥類自身又是如何影響蛋的形態(tài)?
為了回答上述問題，日前，一支由哈佛大學(xué)和普林斯頓大學(xué)的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，利用數(shù)學(xué)、物理以及生物學(xué)等方法，為我們揭開了謎底。
這項(xiàng)研究是一個(gè)浩大的工程，研究人員共分析了49175枚鳥蛋的形態(tài)，它們隸屬于37個(gè)目、1400個(gè)種，其中有2個(gè)鳥種現(xiàn)已滅絕。
研究人員發(fā)現(xiàn)，鳥蛋的形態(tài)變化是一個(gè)連續(xù)的變量，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(guān)，這意味鳥類的飛行能力可能是鳥蛋形態(tài)多樣性的重要驅(qū)動(dòng)力。
確實(shí)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(tài)，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(tài)。
那么問題又來了，卵殼膜是如何使蛋擁有如此多樣的形態(tài)？想象一個(gè)氣球，如果它由同一種材料構(gòu)成且各處厚度一致，當(dāng)它充滿氣體時(shí)，當(dāng)然會(huì)是一個(gè)規(guī)則的球體。如果不是呢，它的形態(tài)就有可能發(fā)生改變。鳥蛋的不同形態(tài)正是源于此，由于卵殼膜厚度、組成成分的多變性，以及施加在其上壓力的不均，蛋的形態(tài)才如此多變。
不同的鳥蛋，請(qǐng)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(guān)鍵后，再讓我們探究鳥類又是如何影響蛋的形態(tài)，即影響卵殼膜厚度不均的外力是什么。一開始研究人員試圖建立蛋的形態(tài)與鳥類多種性狀之間的聯(lián)系，這些性狀包括筑巢位置、鳥巢樣式、窩卵數(shù)（單位時(shí)間內(nèi)鳥類在巢里產(chǎn)卵的數(shù)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(tài)的主要因素。為了維持適合飛行的平滑流線型體態(tài)，鳥類會(huì)產(chǎn)下更不對(duì)稱且更接近橢球形的蛋，因?yàn)檫@樣的蛋可在不增加寬度的同時(shí)最大化蛋的體積。
在鳥類學(xué)中一直有一個(gè)謎題：翼展可達(dá)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(tài)的蛋？根據(jù)上文分析，很容易得出結(jié)論，這是因?yàn)樗鼈兌际翘焐膬?yōu)秀飛行家，擁有橢圓形和非對(duì)稱形蛋，具有更強(qiáng)的飛行能力。鑒于此，這個(gè)謎題也就迎刃而解了。
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Stoddard et al. Avian egg shape: Form, function,and evolution. Science. 2017.
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