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進(jìn)化的邏輯︱早成鳥還是晚成鳥,這是一個(gè)問題
從雌性的角度來看,在水中進(jìn)行體外受精有諸多優(yōu)點(diǎn),比如不必?fù)?dān)心卵子干燥失水,無需為卵子提供額外的保護(hù)設(shè)施,不用制造卵殼和卵清蛋白,可以省下多少心血和營養(yǎng)。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(zhì)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(bào)。此外雌性還不必承擔(dān)懷孕的負(fù)擔(dān),幾乎像雄性一樣瀟灑自由。
體內(nèi)受精則不然,陸生環(huán)境與水生環(huán)境相比,出現(xiàn)了天翻地覆的變化,除了水分,陸地還受到強(qiáng)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(hù)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(nèi)射精。至于不同的動(dòng)物進(jìn)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(shí)獲得某種樂趣,都是為了完善體內(nèi)受精程序,鼓勵(lì)兩性合作完成體內(nèi)受精任務(wù)而已,在本質(zhì)上并無創(chuàng)新之處。
可以看出,體內(nèi)受精對于雌性相當(dāng)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(nèi)繼續(xù)發(fā)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(nèi)的停留時(shí)間,盡早將受精卵排出體外。
受精卵排出體外的時(shí)機(jī)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(jīng)體內(nèi)受精后不久即排出體外孵化,并用堅(jiān)固的蛋殼將受精卵保護(hù)起來,是爬行動(dòng)物和鳥類的主要生育模式。
胎生則是哺乳動(dòng)物的經(jīng)典生育模式,受精卵需要在雌性體內(nèi)形成幼仔再出生。
卵胎生介于卵生和胎生之間,卵子在體內(nèi)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(nèi)孵化,胚胎仍然需要依靠卵黃提供營養(yǎng),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(dòng)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(chǎn)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(dòng)物,它們也因此而開發(fā)出了極具針對性的婚配模式。我們最熟悉的鳥類應(yīng)該是雞。我們能夠每天吃到雞蛋,就是仰仗雞的產(chǎn)卵能力。
需要注意的是,雞蛋并不是卵細(xì)胞。這是一種常見的錯(cuò)誤,許多人都會(huì)誤把雞蛋當(dāng)作卵細(xì)胞,并振振有詞地指出,雞蛋殼就是細(xì)胞壁,雞蛋白就是細(xì)胞質(zhì),雞蛋黃理所當(dāng)然地就是細(xì)胞核。其實(shí)完全不是那么回事,雞蛋只是保存卵細(xì)胞的場所。
如果卵細(xì)胞在母雞體內(nèi)已經(jīng)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(hù),清蛋白除了為受精卵發(fā)育提供營養(yǎng),還可以結(jié)合大量水分。蛋黃則主要提供營養(yǎng)。雞蛋中的受精卵很小,要通過顯微鏡才能觀察到。
在雞蛋產(chǎn)出體外時(shí),受精卵其實(shí)已經(jīng)發(fā)育了一段時(shí)間。所以母雞產(chǎn)下的雞蛋不僅僅是一個(gè)雞蛋,而是包裹著由大量細(xì)胞構(gòu)成的早期生命體。準(zhǔn)確地說,雞蛋中包著的是一個(gè)胚胎,只要時(shí)機(jī)成熟,就可以破殼而出,成長為可以獨(dú)立活動(dòng)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(dòng)物,大體都要經(jīng)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(diǎn),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(yōu)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(nèi)受精的制約,雌鳥不得不讓受精卵在自己體內(nèi)發(fā)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(biāo)很清晰,就是不能讓受精卵在體內(nèi)一直發(fā)育到成熟。但到底發(fā)育多久才算合適,卻是個(gè)極有挑戰(zhàn)性的問題。
一般說來,受精卵在體內(nèi)發(fā)育越久,雌性的損失就越大,設(shè)法及時(shí)止損才是上策。雌鳥正是這么做的,它們從受精到產(chǎn)卵,往往只要幾天的時(shí)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(jiān)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(yǎng)育后代。
大部分鳥類依靠體溫孵卵,承擔(dān)孵卵任務(wù)的雌性很長時(shí)間內(nèi)無法離開鳥巢。由于飛行需要控制體重,它們也無法在體內(nèi)儲(chǔ)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(huì)餓死。所以只要雌鳥在孵蛋,雄鳥就必須去覓食,有時(shí)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(huì)盡量壓縮蛋的體積——蛋越小,雌鳥需要先期投入的營養(yǎng)物質(zhì)就越少。在這種情況下孵化的雛鳥,基本就是一團(tuán)柔弱的軟肉,連眼睛都睜不開,既不會(huì)跑,也不會(huì)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(guān)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(huì)在巢里呆上很長時(shí)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(yīng)的是“早成鳥”。雛鳥從殼中孵化出來之后,眼睛已經(jīng)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(shí)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(yōu)秀。
相對于早成鳥,晚成鳥無疑需要更加細(xì)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(dāng)然不排除部分能力較強(qiáng)的雄鳥實(shí)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(dān)心投資平衡的問題嗎?它們?yōu)槭裁锤试溉淌苄埒B的“剝削”?下次我們就來聊聊這個(gè)話題。
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史鈞,生物學(xué)博士,專注于進(jìn)化論領(lǐng)域的科普寫作,已出版多部科普作品,其中《其實(shí)你不懂進(jìn)化論》獲得第十六屆文津獎(jiǎng),并入圍2020年中國好書。生命的進(jìn)化是符合邏輯的過程,底層邏輯就是自然選擇,在此基礎(chǔ)之上,又衍生出了許多其他邏輯,共同構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的理論體系。本專欄將對這一理論體系進(jìn)行深度梳理,詳細(xì)介紹其中的各種邏輯關(guān)系,討論生命的本質(zhì),理解生命的意義。





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