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五萬隻鳥蛋告訴你甚麼?(下)

 

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鳥蛋多樣性的進化模式 (Source: Stoddard et al. Science 356, 1249-54)

上集提到,科學家過去有很多理論,例如他們覺得鳥巢的種類、地點、或鳥蛋的數量等因素都和鳥蛋的形狀有關。但當Stoddard博士分析5萬隻鳥蛋的時候,發現以上的理論都未能完全地解釋整體數據。相反,他們發現鳥蛋形狀和另一個因素有很大的關聯。

這個因素便是雀鳥飛行的能力。

數據顯示,鳥蛋形狀和其大小,以及雀鳥的爪翅指數 (Hand-Wing Index, HWI ) 有關。爪翅指數計算雀鳥的翅膀長度和形狀,是一個能反映鳥類飛行能力的指標。越高爪翅指數的雀鳥,飛行能力便越强。

Stoddard博士推論,鳥蛋的形狀可能與牠們的飛行模式有關。有些雀鳥會長時間飛行,因此牠們擁有一個流線型的身體。由於體重較輕,牠們一般有較小的盆骨和輸卵管,即是說島蛋在鳥媽媽體內形成的時候不能過寬,而只有較長形及不對稱的鳥蛋形狀才能保持蛋的容量。

舉個例子,一些飛翔好手如普通海鴉 (Common Murre,海鳥的一種)和鷸 (Sandpipers,鷸蚌相爭的那種鳥) 的蛋都呈較長型和不對稱。另一方面,一些傾向飛短程和甚少離開自己地盤的雀鳥如東美鳴角鴞 (Eastern screech owls,貓頭鷹的一種),牠們的蛋則呈球體形狀。較大型的雀鳥如鴕鳥的蛋也傾向球形。有趣的是,科學家發現不會飛的企鵝所產的蛋反而是傾向不對稱。他們解釋,儘管企鵝不會飛,牠們卻是非比尋常的游泳高手,流線型的企鵝身驅即使在沒有飛行的情況下或許都能影響企鵝蛋的進化。

總括來說,這項研究提供了一個鳥蛋形狀進化的合理解釋,同時亦推翻了之前鳥蛋形狀的推論。

Stoddard博士在最新一期《科學》發表的報告說,自物種從3億6千萬年前從水裡走到陸上繁衍,物種在地上的發展相比在水裡是一個很大的轉變。蛋的形成,包括蛋黃、薄膜、氣室、以及鈣化的殼,就像是一種專門的設計去適應新的環境。

五萬隻鳥蛋的故事告訴我們,即使遇到一些普通如一隻鳥蛋那樣熟悉的事物,我們仍可在當中發掘新的知識,並需要勇氣挑戰舊的假設。

筆者相信五萬隻鳥蛋的故事還未完結,如果進一步硏究,會否為我們帶來一些對恐龍蛋的啟示?

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五萬隻鳥蛋告訴你甚麼?(上)

或許你每天都會吃雞蛋做早餐,炒滑蛋、烚蛋、甚至雲中蛋,款式可以層出不窮。但當你享受一頓雞蛋早餐的時候,可曾想過為甚麼雞蛋會有這樣的形狀?

普林斯頓大學的Stoddard博士是一位年青的進化生物學家。她擅長研究雀鳥的進化,也喜歡硏究鳥蛋的結構和功能上的多樣性。

“為甚麼鳥蛋的形狀如此繁多?鳥蛋形狀的分佈是甚麼?”Stoddard博士嘗試解答這些問題。

她和她的團隊於是去到加州柏克萊大學的脊椎動物博物館,搜尋博物館多年來收藏接近5萬隻鳥蛋的圖像數據庫,並利用電腦軟件記錄及分析這5萬隻鳥蛋的各項特徵和所屬的1400種鳥類品種。

他們嘗試找出鳥蛋形狀的兩個系數,一個是不對稱性 (asymmetry),較尖形狀的鳥蛋的不對稱性較高。另一個是橢圓率(ellipticity), 鳥蛋形狀與球體 (spheroid) 的分別越大,橢圓率便越高。結果發現5萬隻鳥蛋的形狀是有連續性的,並沒有一條清楚的界線。第二,某些鳥種的蛋形狀分佈可以很廣,而且不同種類雀鳥的鳥蛋形狀分佈也有很大的重疊。

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(1400種雀鳥的鳥蛋分佈. Source: Stoddard et al. Science 356, 1249-54 and Museum of Vertebrate Zoology, Berkeley)

 

分析這樣的大數據後,他們便問,為甚麼鳥蛋有這樣的分佈? 這些形狀的分佈是否和雀鳥的某些特徴有關?

於是Stoddard博士尋找哈佛大學的Mahadevan教授的幫助,Mahadevan教授是一名應用數學家,擅長利用數學模型解決生物學上的問題。他的團隊利用數學模型,發現鳥蛋的形狀受到兩種壓力影響,一種是蛋內的物質從內向外所形成的壓力,另一種是鳥媽媽的輸卵管環境從外向內的壓力,而後者則從鳥蛋殼下薄膜的厚度反映出來 (注意:不是蛋殼的厚度) 。

其實之前曾有很多理論嘗試解釋鳥蛋的形狀,例如在懸崖峭壁上築巢的雀鳥,牠們的蛋呈圓錐型 (conical), 是因為較尖的鳥蛋即使滾動,也能像陀螺一樣旋轉,因此較難滾落懸崖。 其他的理論,包括雀鳥本身的飲食、環境、鳥巢的地點和類型,在某程度上和鳥蛋的形狀都有關連。

但當Stoddard博士嘗試分析鳥蛋形狀和各項數據的時候,便發現以上理論都未能完全解釋整體數據。相反,他們發現鳥蛋形狀和另一個因素有莫大的關連。

(待續)