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進化的邏輯︱早成鳥還是晚成鳥,這是一個問題
從雌性的角度來看,在水中進行體外受精有諸多優點,比如不必擔心卵子干燥失水,無需為卵子提供額外的保護設施,不用制造卵殼和卵清蛋白,可以省下多少心血和營養。更重要的是,雌性可以把卵子做得很小,小到肉眼看不見的程度,物質消耗被降到了最低,使得雌性有能力一次排出大量卵子,確保較高的生殖回報。此外雌性還不必承擔懷孕的負擔,幾乎像雄性一樣瀟灑自由。
體內受精則不然,陸生環境與水生環境相比,出現了天翻地覆的變化,除了水分,陸地還受到強烈的陽光和紫外線照射,對卵子具有可怕的殺傷作用。如何保護卵子,就成為雌性首要考慮的問題。方法并不多,最簡單的就是不將卵子排出體外。
既然如此,雌性只能以全新的方式接納精子,它們不得不同意雄性在自己體內射精。至于不同的動物進化出不同類型的生殖道,用不同的姿勢完成精子輸送工作,并在輸送精子時獲得某種樂趣,都是為了完善體內受精程序,鼓勵兩性合作完成體內受精任務而已,在本質上并無創新之處。
可以看出,體內受精對于雌性相當不利——它們不但被迫接受額外的精子,還要把受精卵留在體內繼續發育,等于受到了雄性和受精卵的雙重壓迫。為了減少損失,雌性只能在受精卵上做文章,盡量控制它們在體內的停留時間,盡早將受精卵排出體外。
受精卵排出體外的時機不同,造就了不同的生育模式,即卵生、胎生、卵胎生。
卵生是指卵子經體內受精后不久即排出體外孵化,并用堅固的蛋殼將受精卵保護起來,是爬行動物和鳥類的主要生育模式。
胎生則是哺乳動物的經典生育模式,受精卵需要在雌性體內形成幼仔再出生。
卵胎生介于卵生和胎生之間,卵子在體內受精以后,并不直接以蛋的形式排出體外,而是先在雌性體內孵化,胚胎仍然需要依靠卵黃提供營養,直到完成孵化后再排出母體。有不少魚類,比如鯊魚和孔雀魚等,都采用卵胎生模式。兩棲動物也有不少卵胎生的例子,比如印度尼西亞雨林中有一種奇特的青蛙,能夠直接產下蝌蚪。不過相對而言,卵胎生只能算是過渡模式。真正主流的,仍然是卵生和胎生。
鳥類是重要的卵生動物,它們也因此而開發出了極具針對性的婚配模式。我們最熟悉的鳥類應該是雞。我們能夠每天吃到雞蛋,就是仰仗雞的產卵能力。
需要注意的是,雞蛋并不是卵細胞。這是一種常見的錯誤,許多人都會誤把雞蛋當作卵細胞,并振振有詞地指出,雞蛋殼就是細胞壁,雞蛋白就是細胞質,雞蛋黃理所當然地就是細胞核。其實完全不是那么回事,雞蛋只是保存卵細胞的場所。
如果卵細胞在母雞體內已經受精,雞蛋就變成了保存受精卵的場所。蛋殼和蛋清的主要作用是物理防護,清蛋白除了為受精卵發育提供營養,還可以結合大量水分。蛋黃則主要提供營養。雞蛋中的受精卵很小,要通過顯微鏡才能觀察到。
在雞蛋產出體外時,受精卵其實已經發育了一段時間。所以母雞產下的雞蛋不僅僅是一個雞蛋,而是包裹著由大量細胞構成的早期生命體。準確地說,雞蛋中包著的是一個胚胎,只要時機成熟,就可以破殼而出,成長為可以獨立活動的小雞。
這是典型的卵生模式流程,像蝴蝶之類的昆蟲、像烏龜之類的爬行動物,大體都要經過相似的生育途徑,差別只在于卵的大小和孵化條件不同而已。
不要小看卵生模式,那可是雌雄博弈的焦點,是雌性反擊雄性、爭取生殖利益最大化的手段。許多雌雄博弈策略,都能隱約看到卵生模式的影子。
以鳥類為例。卵生模式最直白的優勢就是,雌鳥可以最大限度地減少對后代的投資,從而最大程度地形成與雄鳥投資平衡。
由于受到體內受精的制約,雌鳥不得不讓受精卵在自己體內發育,對后代的投資額度不可避免地要高于雄性。為了消解這種劣勢,雌鳥的目標很清晰,就是不能讓受精卵在體內一直發育到成熟。但到底發育多久才算合適,卻是個極有挑戰性的問題。
一般說來,受精卵在體內發育越久,雌性的損失就越大,設法及時止損才是上策。雌鳥正是這么做的,它們從受精到產卵,往往只要幾天的時間,有些甚至只要一天就夠了。匆匆排下的鳥蛋外面包裹著一層堅硬的殼,里面裝有適量的蛋白和脂肪,從任何一方面看都不像是一只鳥。雌鳥正是以這種方式控制自己的投資額度,并逼迫雄性追加投資的——也就是共同孵化和養育后代。
大部分鳥類依靠體溫孵卵,承擔孵卵任務的雌性很長時間內無法離開鳥巢。由于飛行需要控制體重,它們也無法在體內儲存大量脂肪。也就是說,雌鳥需要雄鳥提供食物或者輪流孵蛋,否則很快就會餓死。所以只要雌鳥在孵蛋,雄鳥就必須去覓食,有時甚至自己餓著肚子也要先把雌鳥喂飽。如果雄鳥離開或者死亡,雌鳥也只能棄巢而去,此外別無選擇。
將受精卵排到體外孵化,正是雌鳥壓縮親代投資,“拖住”雄鳥的基本策略。
為了降低成本,有些雌鳥會盡量壓縮蛋的體積——蛋越小,雌鳥需要先期投入的營養物質就越少。在這種情況下孵化的雛鳥,基本就是一團柔弱的軟肉,連眼睛都睜不開,既不會跑,也不會飛,甚至都無法站立,只知道張嘴等著親鳥喂食。
這種小鳥成熟得比較晚,所以叫作“晚成鳥”,相關的生育策略就叫作“晚成鳥策略”。燕子是典型的晚成鳥,雛鳥會在巢里呆上很長時間,每天眼巴巴等著父母輪流喂食。而為了保障它們的存活率,鳥爸爸也不得不參與到哺育工作中來,無法抽身離場。
與晚成鳥對應的是“早成鳥”。雛鳥從殼中孵化出來之后,眼睛已經睜開,身披絨毛,腿腳有力,能跑能跳,可以跟著母親四處覓食,躲避天敵。雞和鴨都采用“早成鳥策略”。早成的雛鳥只要跟著母親,基本能夠自主生活,就算沒有父親的照顧也能存活下來。所以早成鳥往往實行多夫多妻制,雄鳥根本不知道誰是自己的孩子,雌鳥也根本不在乎誰是孩子的父親——它們只在乎交配的一剎那,哪位雄性比較優秀。
相對于早成鳥,晚成鳥無疑需要更加細致的照顧,它們的父母必須通力合作,否則就無法將自己的基因傳遞下去。所以晚成鳥往往采用一夫一妻制,至少是假性一夫一妻制。當然不排除部分能力較強的雄鳥實行一夫多妻制,前提是它們能夠提供足夠的食物保障后代的存活率。
那為什么有些鳥采用早成鳥策略,有些則采用晚成鳥策略呢?采用早成鳥策略的雌鳥難道就不擔心投資平衡的問題嗎?它們為什么甘愿忍受雄鳥的“剝削”?下次我們就來聊聊這個話題。
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史鈞,生物學博士,專注于進化論領域的科普寫作,已出版多部科普作品,其中《其實你不懂進化論》獲得第十六屆文津獎,并入圍2020年中國好書。生命的進化是符合邏輯的過程,底層邏輯就是自然選擇,在此基礎之上,又衍生出了許多其他邏輯,共同構成了一個復雜的理論體系。本專欄將對這一理論體系進行深度梳理,詳細介紹其中的各種邏輯關系,討論生命的本質,理解生命的意義。





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