蛋壳里的奇妙世界

大科技大科技 科学之谜 2016-07-23 3756 0

鸟类的蛋美丽而神奇,它们的形态和功能是自然选择最有力的证据。如果你看到画眉鸟天蓝色的蛋,上面还点缀着一些稀疏的斑点,一定会感到惊奇。
不过,只对美丽的蛋壳有兴趣还是太肤浅了。蛋在母体内如何形成,它又怎样作为一个外部生命支持系统完成一个新生命的孕育过程,这种奇妙的事情到底是如何完成的呢?

蛋壳里的奇妙世界

 

鸟蛋不简单

对于生活在不列颠群岛和其他温带地区的鸟类来说,随着春季日照时长的逐渐增加,它们体内会释放一连串的荷尔蒙,唤醒林间繁衍的生机。
雌性哺乳动物往往具有一套完整的双卵巢和双输卵管生殖系统,而大多数雌性鸟类只有一个卵巢和一条输卵管,这是为了减少重量、方便飞行。寒冷的冬天,鸟类的卵巢和输卵管会收缩到很小,人类肉眼几乎看不见,而随着春天的到来,这些器官的大小会增加100多倍。带着黄色蛋黄的卵子在卵巢中形成,又通过输卵管排出体外,也就是我们俗称的下蛋。
雌鸟的产出物叫做“蛋”,而卵子是“蛋”里面的雌鸟生殖细胞。人的卵子非常小,只有报纸上一个英文句点的大小,主要包含女性的遗传物质,除此之外就没什么别的了。鸟的卵子虽然也只是一个细胞,但是与人类的卵细胞相比却要大得多,因为其中除了遗传物质还含有大量供应新生命的食物配给——蛋黄,这对体外独立成长发育的胚胎来说至关重要。
蛋黄作为重要的食物配给,会被一层由输卵管分泌的果冻状的卵白包裹起来。然后,水被泵入卵白之中,在卵白的最外面,会出现一层壳膜(剥开煮鸡蛋,蛋壳与光滑的蛋白之间有层薄薄的软膜,就是壳膜,它比纸还要薄得多)。这层膜为蛋壳的形成打下了基础,并且决定了蛋的形状。
许多鸟蛋“传统”的形状都跟鸡蛋相似,一端圆而扁,一端尖而长。当然,也有其他的形态,一些鸟蛋更长,两头都圆圆的,比方说鸊鷉的蛋;而猫头鹰、蕉鹃和大鸨的蛋则近乎球状;涉禽的蛋多为两头尖尖,这样蛋会在鸟巢的中央聚集到一起,尖头聚向中间,彼此之间更加紧密,这样彼此间可以更好地保存和传递热量,孵化的效率也就更高。

蛋壳里的奇妙世界

 

蛋壳形成的故事

当蛋进入输卵管后,那里的细胞开始在壳膜之外释放钙的浓溶液,这些浓溶液覆盖在壳膜上形成酥皮似的微型薄块。覆盖完成后,另一组细胞会释放一种不同的形态钙质在刚才形成的酥皮之上,开始形成蛋壳的主体。这一过程需要大量的碳酸钙。
可是这些钙质从哪里来呢?对于肉食性的鸟类来说,它们会摄取大量骨头,它们正常的饮食已经能够提供足够的钙质用于形成蛋壳。对于其他一些鸟类来说,雌鸟必须额外摄取钙质,在雌鸟即将产蛋的前一天晚上,它们会四处寻找富含钙质的食物。比如山雀会啄食蜗牛壳,而燕子则会找寻一些砂石,一些交喙鸟甚至会去吃食肉动物和猛禽粪便中的骨头残渣。
但是,这一过程并非总能一帆风顺。例如20世纪70年代的荷兰,酸雨使得蜗牛大量死亡,导致大山雀无法获得足够的钙质来形成正常的蛋壳。最终,许多山雀蛋要么蛋壳极薄,要么产出的蛋根本就没有壳。当地能够生产健康鸟蛋(有正常、完整的蛋壳)的大山雀都位于人类野餐场所附近,因为那里的雌鸟可以从人类丢弃的食物残渣中摄取含钙的物质。
如果雌鸟摄取了适量的钙质,大约需要21个小时才能生产出一个完整的蛋壳。在最后的几小时中,色彩和斑纹会沉积在蛋壳上,蛋壳壁上腺体的特殊细胞制造出这些颜色,把它们挤压到外壳表面。实际上只有两种成色物质:一种是红棕色的原卟啉,一种是绿色的胆绿素,这两者都是血液分解的产物。
改变这两种“色素”的浓度和比例,就能够创造出一个给鸟蛋着色的“调色板”。虽然只有两种成色物质的参与,但却赋予了鸟蛋美妙的颜色和质感。

蛋壳里的奇妙世界

 

应对危机四伏的世界

所有爬行动物的蛋都是白色的,为什么鸟蛋的斑纹和颜色差异明显,各不相同呢?因为爬行动物是冷血动物,自己没办法孵蛋,它们的蛋只能被埋藏起来,由环境中的热量来孵化。而鸟类是在鸟巢中孵化鸟蛋,不是隐藏起来的,所以对外界来说,它们的蛋很容易被找到,这样自然选择压力就会对蛋的外观产生影响。
这些压力中最大的压力来自于捕食者的威胁。蛋中富含营养物质,常常被捕食者贪婪地取食。这个时候,蛋壳上色彩和斑纹的伪装就成为一种有利的自保方式,对于那些在地面筑巢的涉禽、燕鸥和海鸥来说,鸟蛋的这身“迷彩服”是子嗣存活的一项关键装备。
可是,同为鸟类,却总有些好逸恶劳的投机者,比如杜鹃,它们也带来了一种危机。杜鹃鸟会把其他鸟类鸟巢中的蛋毁坏掉,然后把自己的蛋混于其中,让其他鸟类给自己养孩子。所以,鸟类需要用独特的颜色来辨识自己孩子,不然只能被杜鹃这类鸟所利用,使自己种群的生存受到严重影响。
当然,也有一些像猫头鹰这样在洞穴中筑巢的鸟儿,产下的蛋是白色的,这可能也有进化的原因。比如,洞穴中比较黑,光线不足,白色的蛋能够反射足够的光线,如果蛋被踩到时,就能够被鸟儿们及时发现,避免遭受进一步伤害。

多精受孕的鸟蛋

当蛋的颜色已经形成,蛋壳的最外层会形成一层非常薄的角质层。这就像一辆新的小汽车在出厂之前会抛光打蜡一样。许多小型鸟类会在黎明时分产蛋,对那些一窝可以产数枚蛋的鸟来说,一枚蛋刚产下不久,另一颗卵子就从输卵管中释放出来,重新开始另一轮生命的制造过程。
当鸟类排卵时,正好遇到精子受精,成为受精卵;如果没有遇到精子,就成为未受精卵。但二者都可以成为蛋,并被生下来。在孵化时,只有受精的卵才会发育成幼体,没有受精的卵则不能。有意思的是,对哺乳动物们来说,只有一个精子可以进入卵子,而对鸟类来说,多个精子可以穿透胚盘。
人们对鸟类多精授精的研究已经有一个多世纪了,但是它仍然是个谜。英国谢菲尔德大学的科学家经过研究发现,虽然一个精子已经足够完成授精,但是要让幼小的胚胎良好地发育,多精授精很有必要,因为多出来的精子能够为胚胎的成长提供钙质,促进其更好的发育。
当受精蛋产出后,孵化的过程便开始了。雌鸟或雄鸟将蛋置于身体之下,用体温孵化,蛋吸收父母身体的热能,获得能量。再加上蛋黄中富含大量的营养,成为蛋壳中幼小胚胎的营养温床,就如同一个体外生长孕育系统一样,让雏鸟在体外逐步发育成熟。孵化过程至关重要,胚胎在保温的环境完成所有遗传复制,产生新的生命,胚胎得以发展为独立的生命体。当幼小的鸟喙在蛋壳上啄开一个口子,蛋就彻底完成了它的使命。

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