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鸟蛋为什么具有不同的形状
具有膜和壳的羊膜卵的进化对于脊椎动物离开海洋去统治陆地和天空至关重要。现在经过3.6亿年，鸟蛋的形状和大小也各不相同，从鹰鸮几乎完美的球形蛋到鹬泪滴形的蛋。问题来了，形状的多样性是如何和为何进化出来的？
这一问题的答案可能将帮助解释鸟类的进化方式，解决自然历史的古老之谜。
一个由哈佛大学和普林斯顿大学牵头的国际科学家团队，包括英国、以色列和新加坡的大学，针对该问题进行了定量研究。通过使用来自数学、物理以及生物学的方法和观点，他们表达了1400种鸟类的蛋的形状特点，提出了一个解释蛋的膜是如何决定其形状的模型。通过使用一个进化框架，研究者发现蛋的形状与飞行能力有关，这表明适应飞行可能是鸟类蛋形差异的关键驱动因素。
credit: 煎蛋画师Chon
该研究已发表在科学杂志上。
资深作者、哈佛大学John A.Paulson工程与应用科学学院(SEAS)应用数学Lola England de Valpine教授、有机体和进化生物学教授、物理教授L. Mahadevan说道：“我们的研究采用统一方法理解蛋形，提出三个问题：如何量化蛋形和提供不同物种间形状比较的基础？决定蛋形的生物物理学机制是什么？蛋形在进化和生态背景中有何隐含意义？我们发现不同物种间的蛋形可以平稳变化，蛋形是由膜的性质决定的而非壳体，最后就是椭圆不对称蛋形与鸟较强的飞行能力关联很强。最后这一点真是令人惊讶。”
研究者从勾画5万只蛋的形状开始，将其定义为两极之间的不对称度和椭圆率，包括了35个目下面14%的种，包括两个已经灭绝的目。
研究者发现蛋形是连续统，很多物种都是重叠的。形状从几乎完美的球形到圆锥形。
形状的多样性是如何形成的？
研究者早就知道卵膜对蛋形有重要的影响，毕竟如果蛋壳在醋等弱酸中溶解的话，蛋其实还是会保持形状。但膜的性质如何决定形状的呢？
Mahadevan说，想想气球。如果气球厚度一致，并且由一种材料做成，那么充气的时候就会成为球形。但如果其并非一致的，就可能得到各种形状。
“我们注意到两极之间的膜厚度不同，由此我们构建了一个数学模型，将蛋视为密封的弹性壳体，能表示自然界中观察到的所有鸡蛋形状。”
蛋形的不同是由于膜厚度和材料性质以及膜拉伸受到的压差比的不同。
这些不同的蛋形是如何与鸟类功能相关的？
研究者检查了蛋形和鸟类特质之间的联系，包括巢穴类型和地点，窝卵数(一次下多少蛋)，饮食以及飞行能力等。
第一作者、普林斯顿大学生态和进化生物学助理教授、前哈佛学会初级会员Mary Caswell Stoddard说道：“我们发现飞行可能影响蛋形。为了保持适应飞行的圆滑流线型身躯，鸟类似乎会产下更为不对称或者椭圆的蛋。这些蛋形使得鸟类能在不增加蛋的宽度的前提下最大化蛋的体积，对于较窄的输卵管这是一个优势。”
所以信天翁和蜂鸟虽然是两种不同的鸟类，但由于两者都是飞行能手，因此可能进化出了类似的蛋形。
共同作者英国帝国理工学院的Joseph Tobias博士说道：“我们的研究清晰说明了鸟蛋的大小和形状并不是简单的随机，而是与生态方面的差异有关，包括饮食中的钙含量、特别是飞行能力的高低。”
接下来，研究者希望能实时观察到产蛋过程，与他们的模型进行比较并优化模型。
论文原文：DOI: 10.1126/science.aaj1945
