黑猩猩怪力之謎

admin 愛問日報 2017-08-09 06:20:36

10鳥蛋為什么具有不同的形狀

具有膜和殼的羊膜卵的進化對于脊椎動物離開海洋去統治陸地和天空至關重要。現在經過3.6億年，鳥蛋的形狀和大小也各不相同，從鷹鸮幾乎完美的球形蛋到鷸淚滴形的蛋。問題來了，形狀的多樣性是如何和為何進化出來的？

這一問題的答案可能將幫助解釋鳥類的進化方式，解決自然歷史的古老之謎。

一個由哈佛大學和普林斯頓大學牽頭的國際科學家團隊，包括英國、以色列和新加坡的大學，針對該問題進行了定量研究。通過使用來自數學、物理以及生物學的方法和觀點，他們表達了1400種鳥類的蛋的形狀特點，提出了一個解釋蛋的膜是如何決定其形狀的模型。通過使用一個進化框架，研究者發現蛋的形狀與飛行能力有關，這表明適應飛行可能是鳥類蛋形差異的關鍵驅動因素。

鳥蛋為什么具有不同的形狀

該研究已發表在科學雜志上。

資深作者、哈佛大學John A.Paulson工程與應用科學學院(SEAS)應用數學Lola England de Valpine教授、有機體和進化生物學教授、物理教授L. Mahadevan說道：“我們的研究采用統一方法理解蛋形，提出三個問題：如何量化蛋形和提供不同物種間形狀比較的基礎？決定蛋形的生物物理學機制是什么？蛋形在進化和生態背景中有何隱含意義？我們發現不同物種間的蛋形可以平穩變化，蛋形是由膜的性質決定的而非殼體，最后就是橢圓不對稱蛋形與鳥較強的飛行能力關聯很強。最后這一點真是令人驚訝。”

研究者從勾畫5萬只蛋的形狀開始，將其定義為兩極之間的不對稱度和橢圓率，包括了35個目下面14%的種，包括兩個已經滅絕的目。

研究者發現蛋形是連續統，很多物種都是重疊的。形狀從幾乎完美的球形到圓錐形。

形狀的多樣性是如何形成的？

研究者早就知道卵膜對蛋形有重要的影響，畢竟如果蛋殼在醋等弱酸中溶解的話，蛋其實還是會保持形狀。但膜的性質如何決定形狀的呢？

Mahadevan說，想想氣球。如果氣球厚度一致，并且由一種材料做成，那么充氣的時候就會成為球形。但如果其并非一致的，就可能得到各種形狀。

“我們注意到兩極之間的膜厚度不同，由此我們構建了一個數學模型，將蛋視為密封的彈性殼體，能表示自然界中觀察到的所有雞蛋形狀。”

蛋形的不同是由于膜厚度和材料性質以及膜拉伸受到的壓差比的不同。

這些不同的蛋形是如何與鳥類功能相關的？

研究者檢查了蛋形和鳥類特質之間的聯系，包括巢穴類型和地點，窩卵數(一次下多少蛋)，飲食以及飛行能力等。

第一作者、普林斯頓大學生態和進化生物學助理教授、前哈佛學會初級會員Mary Caswell Stoddard說道：“我們發現飛行可能影響蛋形。為了保持適應飛行的圓滑流線型身軀，鳥類似乎會產下更為不對稱或者橢圓的蛋。這些蛋形使得鳥類能在不增加蛋的寬度的前提下最大化蛋的體積，對于較窄的輸卵管這是一個優勢。”

所以信天翁和蜂鳥雖然是兩種不同的鳥類，但由于兩者都是飛行能手，因此可能進化出了類似的蛋形。

共同作者英國帝國理工學院的Joseph Tobias博士說道：“我們的研究清晰說明了鳥蛋的大小和形狀并不是簡單的隨機，而是與生態方面的差異有關，包括飲食中的鈣含量、特別是飛行能力的高低。”

接下來，研究者希望能實時觀察到產蛋過程，與他們的模型進行比較并優化模型。