奇異的鴨嘴獸

奇異的鴨嘴獸任何人都很難想象，鴨嘴獸這個(gè)“隱居者”給科學(xué)家們帶來了怎樣的麻煩。1799年，鴨嘴獸第一次進(jìn)入英國科學(xué)家的視野，當(dāng)即便引起了激烈的爭(zhēng)論，這場(chǎng)爭(zhēng)論一直持續(xù)了大約85年，連達(dá)爾文也沒能親眼見證爭(zhēng)論的最終結(jié)局。最初，所有的博物學(xué)家都認(rèn)定這種長著帶蹼的四肢和鴨子樣扁嘴的毛茸茸的動(dòng)物是經(jīng)人為精心縫合的搞怪標(biāo)本，以至于當(dāng)鴨嘴獸標(biāo)本在倫敦國家歷史博物館展出時(shí)，每個(gè)參觀者都希望自己能找出那“被精心隱藏起來的線頭”。當(dāng)然，沒有人能如愿以償。接下來，爭(zhēng)論又轉(zhuǎn)而集中于它是否真的屬于哺乳動(dòng)物。盡管它渾身長毛，但卻看不到它長有乳頭和乳腺。更令人困惑的是，解剖發(fā)現(xiàn)它具有和鳥類、爬行動(dòng)物一樣的泄殖腔。最后，科學(xué)家不得不為它及其近親針鼴在哺乳動(dòng)物綱之下設(shè)立了一個(gè)全新的類別：單孔目。直到19世紀(jì)30年代，科學(xué)家才發(fā)現(xiàn)了鴨嘴獸身上的乳腺之所在。到1884年，來自蘇格蘭的青年胚胎學(xué)專家威廉?坎德維爾親赴澳大利亞考察，發(fā)回了一封日后十分著名的電報(bào)。電報(bào)內(nèi)容異常簡潔：“單孔目卵生，卵子局部卵裂?！绷攘葦?shù)語，卻令整個(gè)英國科學(xué)界目瞪口呆。渾身毛發(fā)，能夠吸吮乳汁，長有蜥蜴般四肢且產(chǎn)卵，這些特征令科學(xué)家頗費(fèi)揣測(cè)：難道鴨嘴獸就是進(jìn)化過程中介于爬行動(dòng)物和哺乳動(dòng)物之間的缺失環(huán)節(jié)？達(dá)爾文甚至在還沒搞清楚鴨嘴獸是否能夠產(chǎn)卵之前，就已經(jīng)把這種形態(tài)異常的動(dòng)物稱之為“活化石”。今天，我們已經(jīng)知道，鴨嘴獸（拉丁學(xué)名為Ornithorhynchusanatinus）是澳大利亞特有的單孔目哺乳動(dòng)物，分布于澳大利亞東部約克角至南澳大利亞之間，在塔斯馬尼亞島也有棲息。目前存活于世的單孔目動(dòng)物非常稀少，僅包括鴨嘴獸和四種針鼴。嚴(yán)格按照生物分類學(xué)標(biāo)準(zhǔn)劃分，鴨嘴獸是單孔目之下所屬科和種中唯一的幸存者，其余成員都只是以化石形態(tài)存在。鴨嘴獸的外形非常奇異，全身裹著柔軟濃密的褐色短毛，四肢很短，五趾具鉤爪，趾間有薄膜樣的蹼，酷似鴨足，吻部扁平，形似鴨嘴，尾大而扁平。鴨嘴獸是卵生，這一點(diǎn)同爬行動(dòng)物和鳥類一樣。鴨嘴獸還是極少數(shù)能用毒液自衛(wèi)的哺乳動(dòng)物之一。鴨嘴獸無論雌雄，在出生時(shí)都長有毒刺，只不過雌性在長到30厘米大小時(shí)毒刺消失，唯有雄性后足上的刺仍然存在，內(nèi)儲(chǔ)毒汁，毒性與蛇毒相近，噴出可傷人。人若被鴨嘴獸的毒刺所傷，會(huì)立即引起劇痛，數(shù)月才能恢復(fù)。鴨嘴獸渾身裹著的濃密短毛像防水衣一樣形成有效阻隔層，可維持其體溫的恒定。鴨嘴獸寬闊、扁平的尾巴能夠有效儲(chǔ)存脂肪。鴨嘴獸雖四肢粗短，卻是游泳能手，用前肢蹼足劃水，靠后肢掌握方向。而在陸地上爬行時(shí)，其后肢趾間的蹼能收起來。鴨嘴獸長著鴨子樣的扁嘴，但與鳥類完全不同的是：鳥類通過喙的上下開合實(shí)現(xiàn)張嘴閉嘴，而鴨嘴獸的“鴨嘴”實(shí)質(zhì)上是質(zhì)地柔軟的口鼻部，表面布滿神經(jīng)，能像雷達(dá)一樣接收其他動(dòng)物發(fā)出的電波。鴨嘴獸的眼睛和耳朵隱藏在口鼻部突起的后端，在入水后完全閉合。也就是說，鴨嘴獸在水下既聾又瞎，完全依靠“鴨嘴”這一利器在水中尋找食物和辨明方向。鴨嘴獸的體重為0.7?2.4千克，雄性通常比雌性大很多。雄性的平均身長約為50厘米，雌性約為43厘米?？偟恼f來，鴨嘴獸的體形大小因所處地域、氣候環(huán)境、是否有天敵等諸多因素的差異而呈現(xiàn)出局域性差別。鴨嘴獸屬于肉食動(dòng)物，主要捕食對(duì)象包括環(huán)節(jié)類蠕蟲、昆蟲幼蟲、淡水小龍蝦等。每當(dāng)它們?cè)谒写绞澄?，就先存放在腮幫子里，等到浮出水面后再慢慢享用。幼年鴨嘴獸長有牙齒，但當(dāng)其長到能夠爬出洞穴時(shí)，牙齒會(huì)脫落。因?yàn)椤盁o齒”，鴨嘴獸咀嚼食物只能使用牙床中能不斷生長的角質(zhì)板。角質(zhì)板咬合面上有許多隆起的橫脊，能夠壓碎貝類、螺類等軟體動(dòng)物的外殼，或剁碎其他食物。鴨嘴獸的食量很大，每天所消耗食物至少是自身體重的20%。因此，一只鴨嘴獸平均每天要花費(fèi)約12個(gè)小時(shí)在水中覓食。鴨嘴獸喜歡棲居在河流和湖泊的周邊。鴨嘴獸建造的洞穴，入口一般高出水面約30厘米。每到繁殖期，即每年的6?10月，成年雌性鴨嘴獸就會(huì)精心搭建更安全舒適的居所。這是一種特殊的洞，洞深至少在20米以上，沿途設(shè)置若干隔斷，既可以調(diào)節(jié)洞內(nèi)的溫度和濕度，又能防范獵食者的入侵。在通道的盡頭，雌性鴨嘴獸會(huì)用銜回的落葉、蘆葦?shù)蠕伌?，把巢穴布置得十分舒適。從婚配形態(tài)上看，鴨嘴獸屬于一夫多妻。雄性通常不參與照顧后代，交配完成后就返回自己的洞穴，雌性則擔(dān)負(fù)著孕育養(yǎng)育后代的重任。鴨嘴獸的平均體溫約為32°C，而胎盤哺乳動(dòng)物的平均體溫通常在37^左右?？茖W(xué)家猜測(cè)，這很可能是鴨嘴獸在進(jìn)化過程中主動(dòng)適應(yīng)外部惡劣環(huán)境的結(jié)果。也許正是這樣的改變，使之成為單孔目動(dòng)物家族中罕有的幸存者。鴨嘴獸歷經(jīng)數(shù)千萬年演化歷程，既未滅絕，也無多少進(jìn)化，始終在“過渡階段”徘徊，因而充滿神秘感，在學(xué)術(shù)上具有重要意義。這種澳大利亞獨(dú)產(chǎn)的動(dòng)物，常作為該國各種活動(dòng)的吉祥物。澳大利亞20分硬幣的反面圖案也是鴨嘴獸。2008年，在鴨嘴獸首次亮相科學(xué)界兩百多年之后，世界著名科學(xué)雜志《自然》首次發(fā)布鴨嘴獸基因組的詳細(xì)分析數(shù)據(jù)，為揭示隱藏于基因密碼背后的鴨嘴獸的秘密提供了啟示?；蚍治稣J(rèn)為，鴨嘴獸基因組的構(gòu)成揭示了其最本真的特征，即同時(shí)兼具爬行動(dòng)物和哺乳動(dòng)物的特征。比如，鴨嘴獸長有類似爬行動(dòng)物的四肢，這一特征能夠在相應(yīng)基因片段上直接讀出。又比如，在爬行動(dòng)物的基因組中，有一串專門控制胎兒大小的基因，這些基因無論來自精子還是卵子，其活動(dòng)能力都是一樣的，而哺乳動(dòng)物（除單孔目之外）的相應(yīng)基因因其來源不同而具有不同的活動(dòng)能力：如果來自于精子，基因就異常活躍；如果來自于卵子，基因活動(dòng)能力就低下。研究表明，對(duì)鴨嘴獸來說，相應(yīng)基因無論是來自精子還是卵子，其活動(dòng)能力都是一樣的。也就是說，在關(guān)系胎兒成長的基因方面，鴨嘴獸更加接近爬行動(dòng)物，而不是哺乳動(dòng)物?；蜓芯窟€表明，同其他哺乳動(dòng)物一樣，鴨嘴獸基因組中約2%（共計(jì)18527個(gè)）的基因是專門負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)生成的，其中一部分對(duì)應(yīng)于蛋黃和乳汁的生成。我們知道，爬行動(dòng)物以卵的蛋黃為發(fā)育中的胚胎提供發(fā)育所需全部營養(yǎng)，哺乳動(dòng)物則不同：在胎兒出生前，通過胎盤為發(fā)育中的胎兒提供持續(xù)的滋養(yǎng)；在幼仔出生后，則通過母乳為其提供營養(yǎng)物質(zhì)，這也是促使哺乳動(dòng)物腦容量發(fā)展的重要因素。那么，早期的產(chǎn)卵的爬行動(dòng)物是如何演變?yōu)榫哂刑ケP且能夠泌乳的哺乳動(dòng)物的呢？鴨嘴獸基因研究成果為科學(xué)家提供了線索：這種轉(zhuǎn)變的第一步必然是促成乳汁分泌，然后逐漸擺脫產(chǎn)卵生育。雌性鴨嘴獸每次產(chǎn)卵1?3枚，通常為兩枚。從外形上看，鴨嘴獸的卵很像爬行動(dòng)物的卵，皮質(zhì)質(zhì)感，個(gè)頭不大，直徑約11毫米，比鳥卵更接近圓形。一枚鴨嘴獸卵的生長周期包括在子宮內(nèi)28天和在體外孵化10天；而一枚鳥蛋的生長周期則是蛋腸內(nèi)1天和體外孵化21天。產(chǎn)卵完成后，雌性鴨嘴獸會(huì)蜷縮起身體進(jìn)行孵化。孵化過程大致分為三個(gè)階段：第一階段，胚胎不會(huì)長出任何功能性器官，完全從卵黃中吸取營養(yǎng)；第二階段，手指腳趾開始發(fā)育；第三階段，卵齒出現(xiàn)。剛剛孵化出來的幼仔非常柔弱，眼睛還不能睜開，渾身無毛，完全依賴母乳喂養(yǎng)。鴨嘴獸有乳腺，但沒有乳頭。其腹部有個(gè)“袋子”，分泌的乳汁經(jīng)由內(nèi)側(cè)皮膚上的小孔流出供幼仔舔食。母乳喂養(yǎng)持續(xù)3?4個(gè)月。之后，鴨嘴獸媽媽會(huì)短時(shí)間外出覓食。大約5周后，鴨嘴獸媽媽外出覓食的時(shí)間越來越長。再經(jīng)過大約4個(gè)月時(shí)間，幼獸開始從洞口爬出。大多數(shù)哺乳動(dòng)物的性染色體外觀比較相似，個(gè)頭較大，數(shù)量在50個(gè)左右；爬行動(dòng)物和鳥類則不同，其性染色體數(shù)量眾多且十分微小，以至于細(xì)胞學(xué)專家最初使用“染色體微塵”來進(jìn)行描述。當(dāng)生物學(xué)家第一次透過顯微鏡觀察鴨嘴獸的細(xì)胞時(shí)，再次被眼前的景象所震撼：鴨嘴獸的染色體與鳥類、爬行動(dòng)物的染色體比較相似，由46個(gè)微型染色體和6個(gè)相對(duì)大塊頭的染色體共同構(gòu)成。我們知道，大多數(shù)動(dòng)物的性別都取決于不同的性染色體組合。包括胎盤類（比如我們?nèi)祟悾┖陀写悾ū热绱螅┰趦?nèi)的哺乳動(dòng)物的性染色體包括X和Y兩種，其中X染色體塊頭較大，Y染色體塊頭較小，XX代表雌性，XY代表雄性；鳥類的性染色體包括Z和W，其中Z染色體的塊頭較大，W染色體的塊頭較小，ZZ代表雄性，ZW代表雌性。不過，并非所有動(dòng)物都擁有不同的性染色體。以爬行動(dòng)物為例，很多種類的爬行動(dòng)物，無論雌性還是雄性，其性染色體是完全相同的，它們的性別差異完全取決于孵化時(shí)的溫度。比如一枚烏龜?shù)?，如果在涼爽的環(huán)境中孵化，則是雄性；如果在溫暖的環(huán)境中孵化，則是雌性。由此可見，很多動(dòng)物是在經(jīng)歷了數(shù)百萬年的漫長進(jìn)化過程后，才逐漸擺脫性別取決于溫度的限制，將性別決定權(quán)鎖定于相應(yīng)的性染色體中。另類的哺乳動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)，鴨嘴獸擁有10個(gè)性染色體一一雌性表現(xiàn)為5對(duì)XX組合，雄性表現(xiàn)為5對(duì)XY。但值得注意的是，鴨嘴獸的性染色體X、Y和我們?nèi)祟惖男匀旧wX、Y完全是兩碼事：人類的X性染色體局部存在于鴨嘴獸6號(hào)常規(guī)染色體上。這個(gè)發(fā)現(xiàn)印證了這樣一個(gè)學(xué)術(shù)理論，即性染色體是由常規(guī)染色體演變而來的。既然鴨嘴獸的性染色體不同于以人類為代表的胎盤哺乳動(dòng)物，那么它們更像誰呢？一項(xiàng)研究認(rèn)為，鴨嘴獸的性染色體與鳥類性染色體中的Z十分相似。研究者之前已經(jīng)確定鴨嘴獸和雞共同擁有若十個(gè)相同的基因，現(xiàn)在，仔細(xì)比對(duì)之后，他們進(jìn)一步確定，鴨嘴獸的性染色體X5和雞的性染色體Z共享數(shù)百個(gè)相同基因，也就是說，這兩個(gè)染色體是一樣的。這個(gè)結(jié)論著實(shí)令許多人暈頭轉(zhuǎn)向一一鳥類和鴨嘴獸在生物進(jìn)化樹上完全處于不同分支，為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的情景呢？有研究人員推測(cè)，很可能是這些動(dòng)物的共同祖先曾同時(shí)采