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CliffBao @ 2017.07.04 , 17:00
具有膜和殼的羊膜卵的進(jìn)化對(duì)于脊椎動(dòng)物離開海洋去統(tǒng)治陸地和天空至關(guān)重要?，F(xiàn)在經(jīng)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(jìn)化出來的？ 這一問題的答案可能將幫助解釋鳥類的進(jìn)化方式，解決自然歷史的古老之謎。 一個(gè)由哈佛大學(xué)和普林斯頓大學(xué)牽頭的國際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，包括英國、以色列和新加坡的大學(xué)，針對(duì)該問題進(jìn)行了定量研究。通過使用來自數(shù)學(xué)、物理以及生物學(xué)的方法和觀點(diǎn)，他們表達(dá)了1400種鳥類的蛋的形狀特點(diǎn)，提出了一個(gè)解釋蛋的膜是如何決定其形狀的模型。通過使用一個(gè)進(jìn)化框架，研究者發(fā)現(xiàn)蛋的形狀與飛行能力有關(guān)，這表明適應(yīng)飛行可能是鳥類蛋形差異的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。
該研究已發(fā)表在科學(xué)雜志上。 資深作者、哈佛大學(xué)John A.Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)應(yīng)用數(shù)學(xué)Lola England de Valpine教授、有機(jī)體和進(jìn)化生物學(xué)教授、物理教授L. Mahadevan說道：“我們的研究采用統(tǒng)一方法理解蛋形，提出三個(gè)問題：如何量化蛋形和提供不同物種間形狀比較的基礎(chǔ)？決定蛋形的生物物理學(xué)機(jī)制是什么？蛋形在進(jìn)化和生態(tài)背景中有何隱含意義？我們發(fā)現(xiàn)不同物種間的蛋形可以平穩(wěn)變化，蛋形是由膜的性質(zhì)決定的而非殼體，最后就是橢圓不對(duì)稱蛋形與鳥較強(qiáng)的飛行能力關(guān)聯(lián)很強(qiáng)。最后這一點(diǎn)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(duì)稱度和橢圓率，包括了35個(gè)目下面14%的種，包括兩個(gè)已經(jīng)滅絕的目。 研究者發(fā)現(xiàn)蛋形是連續(xù)統(tǒng)，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(duì)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(shí)還是會(huì)保持形狀。但膜的性質(zhì)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(shí)候就會(huì)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(gòu)建了一個(gè)數(shù)學(xué)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?！?/p> 蛋形的不同是由于膜厚度和材料性質(zhì)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(guān)的？ 研究者檢查了蛋形和鳥類特質(zhì)之間的聯(lián)系，包括巢穴類型和地點(diǎn)，窩卵數(shù)(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(xué)生態(tài)和進(jìn)化生物學(xué)助理教授、前哈佛學(xué)會(huì)初級(jí)會(huì)員Mary Caswell Stoddard說道：“我們發(fā)現(xiàn)飛行可能影響蛋形。為了保持適應(yīng)飛行的圓滑流線型身軀，鳥類似乎會(huì)產(chǎn)下更為不對(duì)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(duì)于較窄的輸卵管這是一個(gè)優(yōu)勢(shì)?！?/p> 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(jìn)化出了類似的蛋形。 共同作者英國帝國理工學(xué)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(jī)，而是與生態(tài)方面的差異有關(guān)，包括飲食中的鈣含量、特別是飛行能力的高低?！?/p> 接下來，研究者希望能實(shí)時(shí)觀察到產(chǎn)蛋過程，與他們的模型進(jìn)行比較并優(yōu)化模型。 |
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