为什么鸟蛋蛋形?一个Eggsplainer


当玛丽卡斯韦尔斯托达德开始测量数百种物种的鸟蛋时,她并不期望得知大多数鸡蛋不是蛋形。

想一想一个鸡蛋,你可能会想出一个稍微更胖的椭圆 - 经典的鸡蛋。但鸡是异常的。蜂鸟产下的蛋看起来像Tic Tacs,猫头鹰位于近乎完美的球体上,而鹬类则产生几乎圆锥形的鸡蛋,并以圆点结束。在分析了数百种物种之后,Stoddard表明,最常见的形状 - 例如一只不起眼的鸣鸟叫做优美的印花 - 比鸡肉更尖。

斯托达德说:“我们绘制出了像天文学家一样的蛋形状图。 “而我们的蛋的概念就在蛋形的外围。”

斯托达德的数据除了将鸡取代为鸡蛋的柏拉图式理想之外,还帮助她解开了科学家数百年来一直争论的谜团:为什么鸡蛋他们是如何塑造的?

研究人员争辩说尖尖的鸡蛋是悬崖筑巢的鸟类共有的,因为它们卷成一圈,不太可能掉下边缘。或者,不对称的蛋更容易包装在一起,并允许有大量离合器的女性有效地孵化它们的巢。或者说球形蛋更坚固,更不容易断裂,或者对于给定的体积使用最少量的壳,这对于饮食中不能获得足够钙的鸟是有用的。普林斯顿大学进化生物学家斯托达德说:“有很多假说,但没有确凿的解释或理论。” “这是一个很好的谜题。”

为了解决这个问题,Stoddard与哈佛大学生物物理学家L.Mahadevan合作研究了“叶子如何涟漪,卷须如何缠绕,以及大脑如何折叠等等。”他意识到,所有的蛋都可以根据两个简单的特征来描述 - 它们是多么不对称,以及它们是多么椭圆。衡量这些特征,你可以在一个简单的图表上绘制每个鸟蛋。他们为1400只鸟类的卵做了这样的测量,其测量Stoddard从近50,000张照片中提取。正是由此产生的图表显示了鸡蛋的左场性质。

除了测量鸡蛋外,该团队还为他们的1400种鸟类收集了大量数据,包括体重,离合器数量,饮食,巢穴位置,它们生长的速度,它们生活的气候等等。其中一些因素可以解释鸡蛋尺寸 - 较小的离合器的大型鸟类往往会有较长的蛋 - 但是令团队感到惊讶的是,这些因素中没有一个能够解释鸡蛋形状。这意味着,当你研究大量的鸡蛋时,许多现有的鸡蛋形状假设实际上并不成立。例如,悬崖筑巢的鸟类,不要具有比平均水平更高的鸡蛋。

事实上,只有一个因素与蛋形状相关:鸟的飞行能力。你可以通过测量一只鸟的翅膀来量化。最成功的航空员的翼尖相对于他们的手骨更长。正如Stoddard的团队发现的那样,这些优秀的传单也更可能具有不对称和椭圆形的蛋。 “我真的很惊讶,”她说。

你可以在整个鸟类身上看到这种模式,你甚至可以在密切相关的群体中看到它。蜂鸟是伟大的传单,但他们最亲密的亲戚 - 雨燕 - 甚至更好,而蜂鸟蛋是对称的,迅速的鸡蛋是尖的,比起Tic Tacs更像松子。猫头鹰往往有球形鸡蛋,但其中更好的传单,如谷仓猫头鹰,比他们的亲戚有更多的椭圆形传单。

企鹅是证明规则的例外。它们可能没有飞行,但它们基本上是在水下飞行,所以它们的卵是尖的而不是对称的;他们可能受到相同的进化力量的影响,这些力量会在强大的飞行传单中产生不对称的蛋。

这些力量并不明显,但它们与鸡蛋的建造方式有关。它将一个未受精的卵细胞加入到一个蛋黄小球中,并将一个鸟类的输卵管 - 一条长长的运河Stoddard形容为“像袜子或连裤袜一样的有弹性的管道”。它的行程是精子受精,被白色包围,并涂上两层 膜。膜像泵一样充满流体,最后被壳包围。与直觉相反,它不是最重要的外壳,而是膜。如果将壳溶解在酸中,裸蛋仍然会保持原来的形状。

那么,膜的形状是什么?

鸟类面临包装问题。当他们变得更好的传单时,他们的内部器官变得更紧密,以精简他们的身体。它们的输卵管变窄了,这就限制了它们的卵的宽度。对于最好的飞行员来说,这个限制特别严重。而且他们似乎已经通过发展更长,更高级的鸡蛋来避开它,鸡蛋可以保持相同的体积而不会更宽。

这并不是说有一个尖尖的鸡蛋会给飞行女性带来适应性优势。相反,Stoddard认为长而尖的鸡蛋是流线型身体的偶然结果。飞行使输卵管变窄,这改变了鸟类可以躺下的蛋的类型。也许并非巧合的是,已知产蛋的唯一恐龙是手持式的恐龙 - 像的小型羽毛猎人,最终产生鸟类的速度最快的雀鸟。 Stoddard说:“不对称似乎与动力飞行同时出现。

“为什么我们没有想到呢?”来自谢菲尔德大学的鸟类学家Tim Birkhead问道,他曾写过一本关于鸟蛋的书,名为最完美的东西。 “女性解剖学可能会决定鸡蛋形状的想法是一个古老的概念,但这项研究巧妙地将其挑出并确定了一些有趣的模式。”19990923

Stoddard说:“这完全是假设。 “我们并不知道输卵管发生了什么。”但是Mahadevan和他的学生Ee Hou Yong通过创建一个计算机模型来模拟鸡蛋在运河中的行程,从而找到了一些线索。他们发现两个特性非常重要:作用于输卵管中卵子的压力,以及膜从一端到另一端的厚度如何变化。如果团队改变了这两个变量,他们可以模拟自然界中发现的任何形状的卵。

剑桥大学的Claire Spottiswoode说:“这应该激发大量研究测试大自然是否按照他们预测的方式工作。” “非常了不起的是,像蛋形一样直观熟悉的特质对其了解甚少。如果你打开一本教科书,你会得到一堆轶事。他们已经做出了非常严格和彻底的尝试,以确定作用于鸡蛋形状的进化压力,我认为他们的答案会让我们大多数人感到吃惊。“