Science封面：蛋的形狀千變萬化，關鳥啥事？

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荷包蛋、白煮蛋、鹹蛋、煎蛋、蒸蛋……「葬身」諸君腹中的雞蛋、鴨蛋、鵪鶉蛋，每每數以千計。年少時有掏鳥窩「劣跡」的，估計麻雀、烏鴉之類的蛋也嘗試過。吃過了那麼多蛋，有沒有注意到鳥蛋的形狀其實並不相同？

各種形狀的鳥蛋。圖片來源：Frans Lanting / MINT Images / Science Source

所有的鳥蛋都和雞蛋一樣擁有堅硬的外殼和殼內的白膜，這類蛋有個專有名詞——羊膜卵。就是這樣簡單的結構，卻是脊椎動物能夠從海洋登上陸地，適應空氣環境的關鍵。3億6千萬年的漫漫進化之路上，鳥類的蛋演化出了各種形狀和大小，有的是近乎完美的球形，也有的呈炫酷的淚滴形。問題來了，為什麼鳥蛋會演化出這麼多不同的外形？

這個問題的答案或許能揭開鳥類的演化之謎。

美國哈佛大學、普林斯頓大學的科學家領導的一支國際研究團隊為了尋找這一問題的答案，採用數學、物理學和生物學方法，測量了約1,400種鳥類共49,175枚鳥蛋的形狀，並建立了模型來解釋蛋膜是如何決定蛋體形狀的。利用系統發育模型，研究者發現蛋的形狀和成鳥的飛行能力有關，換句話說鳥類對飛行的適應可能是鳥蛋形狀改變的驅動力。該研究近期以封面文章形式發表Science雜誌上。

該期Science雜誌封面。圖片來源：Science

領導這樣一個背景多樣的國際團隊，學術帶頭人的實力自然不容小覷。文章的通訊作者L. Mahadevan教授就是位縱橫多個領域的高手，他身兼哈佛大學應用數學教授、有機體與進化生物學教授和物理學教授三職。為了找到研究鳥蛋的統一方法，Mahadevan和本文第一作者、普林斯頓大學生態學與進化生物學助理教授Mary Caswell Stoddard等人提出了三個核心問題：如何量化鳥蛋的形狀？決定鳥蛋形狀的生物物理機制是什麼？鳥蛋形狀對物種演化和生態環境的影響是什麼？

Mahadevan教授（左）與Stoddard教授。圖片來源：Harvard University / Princeton University

研究人員首先繪製了約50,000種鳥蛋的兩極間不對稱度（asymmetry）和橢圓率（ellipticity），這些蛋來自35個目下約1,400個種（占其所有種的14%）的鳥類，包括2個已滅絕的目。從結果看，鳥蛋的形狀改變是連續變化的，許多物種之間存在著重疊。如果完美的球形蛋是起點，那它是一點一點逐漸變異成錐形蛋的。就像太陽光譜從紅外線一直到紫外線，中間不曾有過跳躍。

不同橢圓率和不對稱度的鳥蛋分布散點圖。圖片來源：Science

那麼，這種蛋的變異「光譜」如何形成的呢？

鳥類學家早就知道蛋膜在鳥蛋形狀形成過程中扮演著重要角色。如果把一顆雞蛋放到醋酸這樣的弱酸中，蛋殼會被溶解，但因為膜的存在，蛋會保持住原來的形狀。

據說是醋酸溶解蛋殼後的雞蛋。圖片來源於網路

想像有這樣的一個氣球，它由同一種材質製成，每個地方都一樣厚，如果給這個氣球吹起，鼓起來的氣球一定是個近乎完美的球形。但如果氣球各處的材質、厚度不均一，膨脹後就可能產生各種形狀。

Mahadevan稱，「我們觀測了不同鳥蛋兩極間之間膜的厚度變化，並依據這些數據建立了數學模型。我們假設蛋就是一個能夠承壓的彈性氣球，在膨脹的過程中我們能捕捉到真實的蛋的形狀。」他們認為，鳥蛋的不同形態正是基於蛋膜厚度和組成的多變性，施加在膜上壓力不均勻，鳥蛋的形態才如此多變。

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圖片來源：Science網站

下一個問題是，這些造型各異的蛋和鳥類的進化又有什麼關係？

於是，研究者分析了不同蛋的形狀與不同鳥類築巢形式、築巢位置、產卵數、飲食和飛行能力的聯繫。

不同種類鳥蛋的長度、不對稱度和橢圓率對比。圖片來源：Science

結果相當有意思，他們發現鳥類的飛行能力是影響鳥蛋形態的主要因素。眾所周知，鳥類之所以能飛行，除了因為有輕巧的骨骼和有力的翅膀，身體的流線型也很重要。為了保持體型，善飛的鳥讓蛋變得更不對稱且更接近於橢球形。這樣的話，雌鳥就能在不增加蛋寬度的前提下使鳥蛋的體積最大化，它們的輸卵管也可以非常狹窄。

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圖片來源：Science網站

所以信天翁和蜂鳥雖然是兩種截然不同的鳥類，但它們產下的蛋的形狀卻很相似（當然，尺寸差別很大），而且它們都是鳥類中的飛行高手。

寬尾煌蜂鳥和漂泊信天翁的蛋。圖片來源：Science

下一步，研究者計劃直接觀察蛋的形成過程，並與模型作對比。另外還有一些有意思的問題沒有解決，鳥蛋的外殼顏色與花紋更加多變，這又是怎麼形成的呢？

這裡小氘要強調一下，本文的結論強調的是鳥蛋形狀和飛行能力的相關性，並不是因果關係。可以很輕鬆舉幾個例子：貴為紐西蘭國鳥的幾維鳥（kiwi bird）的蛋呈橢球形，然後幾維鳥並不會飛，甚至連翅膀都退化了……另一種不會飛的鳥類——企鵝，蛋的外形是不對稱的。

幾維鳥標本和企鵝（不會飛，橢球形、不對稱的蛋也是然並卵）。圖片來自網路

另外，Science網站為這項有趣的研究專門做了一個圖文並茂的解讀[1]，封面圖正是奇葩的「滾蛋」風格。

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圖片來源：Science網站

Avian egg shape: Form, function, and evolution

Science,2017,356, 1249-1254, DOI: 10.1126/science.aaj1945

參考資料

1. http://vis.sciencemag.org/eggs/

2. http://www.sciencemag.org/news/2017/06/surprisingly-simple-explanation-shape-bird-eggs

（本文由氘氘齋供稿）

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