先有蛋，還是先有...？

dongchang 2020-12-06

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1799年，一個(gè)剛從

澳大利亞來(lái)的奇怪標(biāo)本

引起了大英博物館館長(zhǎng)的注意。

（圖源@ inexhibit.com ）

這個(gè)標(biāo)本看起來(lái)像是

海貍或鼴鼠的皮膚，

上面縫著一只喙。

館內(nèi)人員仔細(xì)檢查了

標(biāo)本的每一寸，并詳細(xì)描述了

它的許多奇怪特征。

這個(gè)奇怪生物標(biāo)本的出現(xiàn)

引發(fā)了研究人員的各種討論，

而它也將揭開地球上

一段精彩的生物演化歷史！

大英博物館的這個(gè)標(biāo)本

有著與當(dāng)時(shí)其他標(biāo)本

完全不同的奇怪特征：

鳥喙與身體體的連接是如此完美，

以至于一些研究人員

懷疑這個(gè)標(biāo)本是假的。

但隨著時(shí)間發(fā)展，

更多相似標(biāo)本的出現(xiàn)證實(shí)了

這100%是真正的動(dòng)物，

它們長(zhǎng)有鴨喙、海貍尾巴和

水獺腳，腳上還有有毒的刺。

鴨嘴獸（圖源@ Msdstefan ）

最終，科學(xué)家們確認(rèn)

這是一種鴨嘴獸（ playtpus）

——一種產(chǎn)卵的哺乳動(dòng)物。

它屬于一個(gè)不尋常的類群，

被稱為單孔目動(dòng)物

（monotreme）。

單孔目動(dòng)物（圖源@Ypna ）

大約在1.86億年前，

單孔動(dòng)物從哺乳動(dòng)物譜系的

一個(gè)分支分化而來(lái)，

這個(gè)分支后來(lái)發(fā)展成為有袋類動(dòng)物，

然后是胎盤類動(dòng)物。

有袋類動(dòng)物（圖源@LittleJerry ）

這種繁育下一代的方式

是一項(xiàng)巨大的進(jìn)化創(chuàng)新。

卵的出現(xiàn)拯救了那些

爬上干燥陸地的動(dòng)物，

使它們免于滅絕。。

羊膜動(dòng)物演化（圖源@ alchetron.com）

卵的故事跨越了數(shù)百萬(wàn)年，

從第一批敢于冒險(xiǎn)

踏上陸地的脊椎動(dòng)物

到今天的一些動(dòng)物，包括鴨嘴獸，

當(dāng)然還有鳥類。

比如現(xiàn)今的雞！

這解決了一個(gè)歷史性難題：

蛋是先出現(xiàn)的！

（圖源@ MINT IMAGES ）

任何種類的最早的卵

都是在水里產(chǎn)下的，

上面有一層厚厚的果凍膠狀物，

就像今天的青蛙一樣。

只要一切保持濕潤(rùn)，

這個(gè)膠狀物就是

兩棲動(dòng)物胚胎的好家。

青蛙卵（圖源@ STANFORD）

但大約3.85億年前，

在泥盆紀(jì)時(shí)期，

四足動(dòng)物開始冒險(xiǎn)離開水邊。

水生生態(tài)系統(tǒng)中的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，

陸地上唯一的動(dòng)物是無(wú)脊椎動(dòng)物，

如昆蟲和蜘蛛，

它們可能也成為了吸引

四足動(dòng)物祖先上陸的因素之一。

四足動(dòng)物（圖源@Zina Deretsky/National Science Foundation）

但為了成為真正的陸棲動(dòng)物，

這些上岸動(dòng)物必須能夠

讓它們的胚胎

在陸地上保持濕潤(rùn)。

（圖源@New York Public Library / Science Source）

最早在陸地上生活

并繁殖的脊椎動(dòng)物之一是

Casineria，它生活在

大約3.34億年前的石炭紀(jì)，

現(xiàn)在的蘇格蘭所在地。

Casineria化石（圖源@Xenarachne）

它混合了其祖先的

一些兩棲動(dòng)物特征，

比如未成熟的肩骨，

以及與爬行動(dòng)物有關(guān)的特征，

比如強(qiáng)壯的腿骨和脊骨。

Casineria（圖源@ДиБгд）

一些專家認(rèn)為，

它與大約2000萬(wàn)年后

化石記錄中出現(xiàn)的

一組新生物很相似。

這些動(dòng)物產(chǎn)下了一種新的

被外殼包圍著的卵。

Casineria（圖源@Reptile Evolution）

外殼有助于保護(hù)胚胎

抵御疾病和攻擊，

卵內(nèi)的防水膜和羊水形成了

一個(gè)獨(dú)立的空間，

所以胚胎可以保持水分充足。

動(dòng)物們不再需要在沼澤中

度過它們的一生。

卵結(jié)構(gòu)（圖源@ДиБгд）

然后，石炭紀(jì)雨林崩潰出現(xiàn)了，

沼澤雨林開始消失，

許多兩棲動(dòng)物滅絕了。

但是羊膜生物

更能適應(yīng)干燥的環(huán)境，

擴(kuò)展到各種新的生態(tài)位，

并主宰了這片土地。

石炭紀(jì)雨林崩潰（圖源@Mark Ryan）

然而膠狀物中的胚胎與

蛋殼中的胚胎之間的

演化步驟是什么呢？

一些關(guān)于羊膜卵的

最早化石記錄來(lái)自于

像鼠龍（Mussaurus）這樣的恐龍，

它們生活在阿根廷大約2.15億年前。

這至少比最初科學(xué)家認(rèn)為的卵的

第一次出現(xiàn)時(shí)間晚了1億年。

鼠龍（圖源@Sauropodomorph）

也就是說，

最初30%的羊膜卵的歷史

沒有留下任何痕跡。

因?yàn)槁?，尤其?/section>

早期羊膜動(dòng)物的軟殼卵，

并不能很好地石化。

幼年鼠龍化石（圖源@Eva K）

在這種情況下，古生物學(xué)家

只能根據(jù)他們有確鑿證據(jù)的

近親動(dòng)物進(jìn)行推斷，

這種技術(shù)被稱為

系統(tǒng)發(fā)育環(huán)套法

（phylogenetic bracketing）。

近親動(dòng)物推斷（圖源@文獻(xiàn)[2]）

既然爬行動(dòng)物、哺乳動(dòng)物和

鳥類都是羊膜動(dòng)物，

那么它們的最后一個(gè)共同祖先——

第一個(gè)真正的羊膜動(dòng)物——

就一定存在過羊膜卵。

（圖源@Prehistoricplanes）

最早的爬行動(dòng)物化石來(lái)自

加拿大新斯科舍，

距今約3.1億年前，

因此也是已知的

最早的羊膜類動(dòng)物——

林蜥（Hylonomus），

而羊膜卵的出現(xiàn)一定比這更老。

林蜥（圖源@MUSE Science Muse）

大約在3.15億年前，

羊膜生物分成了兩大群。

羊膜卵的故事分成了

兩條不同的故事線。

一種是蜥形動(dòng)物（ sauropsids），

包括爬行動(dòng)物、恐龍和鳥類。

另一種是合弓類（synapsids），

哺乳動(dòng)物的祖先。

蜥形動(dòng)物（圖源@Leigh Bedford ）

蜥蜥形動(dòng)物在它們的

進(jìn)化史中大部分都在產(chǎn)卵。

其中一些爬行動(dòng)物的卵

如同早期的羊膜動(dòng)物一樣，

柔軟而堅(jiān)韌，例如今天的海龜。

海龜卵（圖源@ alchetron.com）

另一部分鳥類和

它們的祖先恐龍最終開始

形成一種不同的卵（蛋）

——蛋殼中含有鈣。

這使它們更強(qiáng)壯，

也更容易變成蛋化石。

恐龍蛋復(fù)原（圖源@Syfy Wire）

而合弓動(dòng)物卻有了不同發(fā)展。

早期的它們可能同樣會(huì)產(chǎn)下

具有柔韌外殼的原始羊膜卵，

但在后來(lái)的一億多年的時(shí)間里

它們的演化取得了巨大進(jìn)步。

合弓動(dòng)物（圖源@John/Karen）

合弓動(dòng)物從

類似蜥蜴的有鱗生物，

如蛇齒龍（Ophiacodon），

變成了完全溫血的、有毛的、

有哺乳動(dòng)物般的顎和中耳骨的動(dòng)物，

甚至在產(chǎn)卵期間進(jìn)化出了乳腺。

蛇齒龍化石（圖源@Jonathan Chen）

起初，這些腺體可能是

幫助卵保持水分的水源。

但在孵化后，它們逐漸變成了

喂養(yǎng)幼崽的奶源。

哺乳是所有哺乳動(dòng)物

都會(huì)做的事。

哺乳動(dòng)物（圖源@Google Sites）

大約在1.6億年前的侏羅紀(jì)晚期，

胎盤哺乳動(dòng)物和

有袋類動(dòng)物的祖先出現(xiàn)了。

它們是獸亞綱動(dòng)物，

如侏羅獸屬（Juramaia），

一種長(zhǎng)著牙齒、像鼩鼱的

中國(guó)哺乳動(dòng)物。

侏羅獸屬（圖源@Nobu Tamura）

由于缺少化石證據(jù)，

哺乳動(dòng)物祖先從受孕到

真正懷孕的過程一直是神秘的。

研究人員只能求助于

活著的哺乳動(dòng)物，

試圖弄清楚到底發(fā)生了什么。

羊膜卵結(jié)構(gòu)（圖源@Britannica）

他們發(fā)現(xiàn)，發(fā)生改變的原因

可能是基因表達(dá)的變化。

因?yàn)檠蚰ぢ训闹饕ぁ?/section>

絨毛膜和尿囊等——

都存在于胎生動(dòng)物體內(nèi)，

只是它們的用法不同。

哺乳動(dòng)物胎生（圖源@todayifoundout.com）

哺乳動(dòng)物仍然會(huì)在

幼崽周圍形成一個(gè)羊膜囊。

但是胎盤——從母親那里

為胚胎提供物質(zhì)的器官——

實(shí)際上是由卵的

絨毛膜和尿囊膜形成的。

鳥類卵與哺乳動(dòng)物對(duì)比（圖源@Britannica）

所以突變可能改變了

羊膜卵的使用方式，

結(jié)果給哺乳動(dòng)物留下了

一個(gè)全新的繁殖模式。

另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，

獸亞綱動(dòng)物的演化與

單孔動(dòng)物相似——

卵在母親體內(nèi)

保存的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)。

這也可能是通過

基因表達(dá)的改變而發(fā)生的，

與卵保留或胚胎發(fā)育的基因相關(guān)。

單孔動(dòng)物（圖源@ScienceDirect.com）

另一重要的因素可能是

一種被稱為合胞蛋白（ syncytins）

的不尋常蛋白質(zhì)。

這些蛋白質(zhì)幫助細(xì)胞膜融合在一起。

它們?cè)诓溉閯?dòng)物中

最重要的作用是胎盤的發(fā)育。

人類胚胎發(fā)育（圖源@Jrockley）

合胞蛋白實(shí)際上是一種

古老的糖蛋白留下來(lái)的，

糖蛋白構(gòu)成了

一些病毒的外殼或包膜，

而在現(xiàn)代哺乳動(dòng)物中也有。

所以研究人員認(rèn)為，

在1.9億年前，一些逆轉(zhuǎn)錄病毒

攻擊了哺乳動(dòng)物祖先，

并將其遺傳物質(zhì)插入宿主的DNA中，

從而制造出病毒蛋白。

隨著時(shí)間的推移，

病毒DNA被重新用于

哺乳動(dòng)物的新基因。

所以今天的哺乳動(dòng)物，

仍然攜帶著這種

古老病毒的片段。

但它們不是將病毒的

各個(gè)部分連接在一起，

而是被用來(lái)構(gòu)建胎盤。

因此，可能是一次

偶然的接觸病毒啟動(dòng)了

哺乳動(dòng)物不再產(chǎn)卵的過程。

哺乳動(dòng)物胎生（圖源@todayifoundout.com）

帶殼卵的進(jìn)化是

動(dòng)物進(jìn)化中的一個(gè)里程碑，

幫助了第一批羊膜動(dòng)物

接管這塊土地！

哺乳動(dòng)物胎生

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來(lái)自： dongchang > 《歷史》

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