► 形态各异的鸟蛋，图片来自sciencing.com
编者按：
在维多利亚时代，欧洲博物学的兴起，造就了一批执着的“鸟人”，这些人爱鸟如命，为一睹罕见鸟种的真容，不惜跋山涉水，翻山越岭。也有很多人将观鸟的爱好转移至鸟蛋上，收藏奇奇怪怪的鸟蛋，虽然他们并不知道形态各异的鸟蛋后背的科学原理。近日，《科学》杂志以封面文章的形式，揭示了令鸟蛋收藏家痴迷的形态各异的鸟蛋，所蕴藏的生物学机理。
编译 | 郝春晖
责编 | 叶水送
● ● ●
在脊椎动物的进化史上，离开海洋踏上陆地是一个标志性的事件。从那时起，脊椎动物利用自己卓越的运动能力探索着无垠的土地，将足迹印满整个星球。这一革命性事件的背后是，羊膜卵的进化为脊椎动物离开海洋提供了无限的可能。
► 普通鸟卵的结构
正是由于羊膜卵的卵壳膜和蛋壳的保护作用，脊椎动物才得以在早期大陆恶劣的环境中产卵，而不用在海里产卵。物种从海洋到陆地的过程中，鸟蛋起到了关键作用。
3.6亿年后的今天，鸟蛋已进化出千姿百态，从棕猫头鹰近乎球形的蛋到鹬的泪滴形蛋，无论形状还是大小都极不相同。
为什么鸟类的蛋会进化出如此千奇百怪的形态；决定鸟蛋形态多样性的生物物理学机制是什么；鸟类自身又是如何影响蛋的形态?
为了回答上述问题，日前，一支由哈佛大学和普林斯顿大学的科学家领导的研究团队，利用数学、物理以及生物学等方法，为我们揭开了谜底。
这项研究是一个浩大的工程，研究人员共分析了49175枚鸟蛋的形态，它们隶属于37个目、1400个种，其中有2个鸟种现已灭绝。
研究人员发现，鸟蛋的形态变化是一个连续的变量，在不同物种中有所重叠，而且鸟蛋的形状与其飞行能力密切相关，这意味鸟类的飞行能力可能是鸟蛋形态多样性的重要驱动力。
确实是这样吗？
让我们暂且撇开飞行，先谈鸟蛋本身。维持蛋的形态，是卵壳膜还是蛋壳重要? 研究人员推断，卵壳膜更重要。这意味，如果蛋壳被醋等酸性液体溶解，卵壳膜依然可帮助蛋维持自身的形态。
那么问题又来了，卵壳膜是如何使蛋拥有如此多样的形态？想象一个气球，如果它由同一种材料构成且各处厚度一致，当它充满气体时，当然会是一个规则的球体。如果不是呢，它的形态就有可能发生改变。鸟蛋的不同形态正是源于此，由于卵壳膜厚度、组成成分的多变性，以及施加在其上压力的不均，蛋的形态才如此多变。
► 不同的鸟蛋，请比较飞行能力俱佳的蜂鸟和信天翁形状，图片来自sciencemag.com
找到问题的关键后，再让我们探究鸟类又是如何影响蛋的形态，即影响卵壳膜厚度不均的外力是什么。一开始研究人员试图建立蛋的形态与鸟类多种性状之间的联系，这些性状包括筑巢位置、鸟巢样式、窝卵数（单位时间内鸟类在巢里产卵的数量）、食性以及飞行能力等。
最终，研究人员的分析得出，飞行是影响鸟蛋形态的主要因素。为了维持适合飞行的平滑流线型体态，鸟类会产下更不对称且更接近椭球形的蛋，因为这样的蛋可在不增加宽度的同时最大化蛋的体积。
在鸟类学中一直有一个谜题：翼展可达3.5米的信天翁和体长只有10厘米左右的蜂鸟却拥有相似形态的蛋？根据上文分析，很容易得出结论，这是因为它们都是天生的优秀飞行家，拥有椭圆形和非对称形蛋，具有更强的飞行能力。鉴于此，这个谜题也就迎刃而解了。
相关文章：
Stoddard et al. Avian egg shape: Form, function,and evolution. Science. 2017.
制版编辑：常春藤丨
本页刊发内容未经书面许可禁止转载及使用
公众号、报刊等转载请联系授权
[email protected]
欢迎转发至朋友圈
▼点击查看相关文章
吴瑞奖名单|超越AI的孩子|HHMI青年学者|上帝手术刀
青蒿素|可燃冰|西湖|农场|学术辩|日本奖
屠呦呦|王晓东|张启发|崔维成|张锋|杨振宁|李佩
卢煜明|王小凡|吴文俊|袁钧瑛|张纯如|数学教皇
▼▼▼点击“阅读原文”，赶快加入科学队长吧！
