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“隱居者”給科學家們帶來了怎樣的麻煩。1799年，鴨嘴獸第一次進入英國科學家的視野，當即便引起了激烈的爭論，這場爭論一直持續(xù)了大約85年，連達爾文也沒能親眼見證爭論的最終結(jié)局。最初，所有的博物學家都認定這種長著帶蹼的四肢和鴨子樣扁嘴的毛茸茸的動物是經(jīng)人為精心縫合的搞怪標本，以至于當鴨嘴獸標本在倫敦國家歷史博物館展出時，每個參觀者都希望自己能找出那“被精心隱藏起來的線頭”。當然，沒有人能如愿以償。接下來，爭論又轉(zhuǎn)而集中于它是否真的屬于哺乳動物。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、爬行動物一樣的泄殖腔。最后，科學家不得不為它及其近親針鼴在哺乳動物綱之下設立了一個全新的類別：單孔目。直到19世紀30年代，科學家才發(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。電報內(nèi)容異常簡潔：“單孔目卵生，卵子局部卵裂。”寥寥數(shù)語，卻令整個英國科學界目瞪口呆。渾身毛發(fā)，能夠吸吮乳汁，長有蜥蜴般四肢且產(chǎn)卵，這些特征令科學家頗費揣測：難道鴨嘴獸就是進化過程中介于爬行動物和哺乳動物之間的缺失環(huán)節(jié)？達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)異常的動物稱之為“活化石”。今天，我們已經(jīng)知道，鴨嘴獸（拉丁學名為Ornithorhynchusanatinus）是澳大利亞特有的單孔目哺乳動物，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物非常稀少，僅包括鴨嘴獸和四種針鼴。嚴格按照生物分類學標準劃分，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，這一點同爬行動物和鳥類一樣。鴨嘴獸還是極少數(shù)能用毒液自衛(wèi)的哺乳動物之一。鴨嘴獸無論雌雄，在出生時都長有毒刺，只不過雌性在長到30厘米大小時毒刺消失，唯有雄性后足上的刺仍然存在，內(nèi)儲毒汁，毒性與蛇毒相近，噴出可傷人。人若被鴨嘴獸的毒刺所傷，會立即引起劇痛，數(shù)月才能恢復。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，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現(xiàn)張嘴閉嘴，而鴨嘴獸的“鴨嘴”實質(zhì)上是質(zhì)地柔軟的口鼻部，表面布滿神經(jīng)，能像雷達一樣接收其他動物發(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。總的說來，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。鴨嘴獸屬于肉食動物，主要捕食對象包括環(huán)節(jié)類蠕蟲、昆蟲幼蟲、淡水小龍蝦等。每當它們在水中逮到食物，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，但當其長到能夠爬出洞穴時，牙齒會脫落。因為“無齒”，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約12個小時在水中覓食。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，雌性則擔負著孕育養(yǎng)育后代的重任。鴨嘴獸的平均體溫約為32°C，而胎盤哺乳動物的平均體溫通常在37^左右?？茖W家猜測，這很可能是鴨嘴獸在進化過程中主動適應外部惡劣環(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，也無多少進化，始終在“過渡階段”徘徊，因而充滿神秘感，在學術(shù)上具有重要意義。這種澳大利亞獨產(chǎn)的動物，常作為該國各種活動的吉祥物。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界兩百多年之后，世界著名科學雜志《自然》首次發(fā)布鴨嘴獸基因組的詳細分析數(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為，鴨嘴獸基因組的構(gòu)成揭示了其最本真的特征，即同時兼具爬行動物和哺乳動物的特征。比如，鴨嘴獸長有類似爬行動物的四肢，這一特征能夠在相應基因片段上直接讀出。又比如，在爬行動物的基因組中，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，其活動能力都是一樣的，而哺乳動物（除單孔目之外）的相應基因因其來源不同而具有不同的活動能力：如果來自于精子，基因就異?；钴S；如果來自于卵子，基因活動能力就低下。研究表明，對鴨嘴獸來說，相應基因無論是來自精子還是卵子，其活動能力都是一樣的。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物，而不是哺乳動物?；蜓芯窟€表明，同其他哺乳動物一樣，鴨嘴獸基因組中約2%（共計18527個）的基因是專門負責蛋白質(zhì)生成的，其中一部分對應于蛋黃和乳汁的生成。我們知道，爬行動物以卵的蛋黃為發(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)，這也是促使哺乳動物腦容量發(fā)展的重要因素。那么，早期的產(chǎn)卵的爬行動物是如何演變?yōu)榫哂刑ケP且能夠泌乳的哺乳動物的呢？鴨嘴獸基因研究成果為科學家提供了線索：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物的卵，皮質(zhì)質(zhì)感，個頭不大，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，雌性鴨嘴獸會蜷縮起身體進行孵化。孵化過程大致分為三個階段：第一階段，胚胎不會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“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個月。之后，鴨嘴獸媽媽會短時間外出覓食。大約5周后，鴨嘴獸媽媽外出覓食的時間越來越長。再經(jīng)過大約4個月時間，幼獸開始從洞口爬出。大多數(shù)哺乳動物的性染色體外觀比較相似，個頭較大，數(shù)量在50個左右；爬行動物和鳥類則不同，其性染色體數(shù)量眾多且十分微小，以至于細胞學專家最初使用“染色體微塵”來進行描述。當生物學家第一次透過顯微鏡觀察鴨嘴獸的細胞時，再次被眼前的景象所震撼：鴨嘴獸的染色體與鳥類、爬行動物的染色體比較相似，由46個微型染色體和6個相對大塊頭的染色體共同構(gòu)成。我們知道，大多數(shù)動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，并非所有動物都擁有不同的性染色體。以爬行動物為例，很多種類的爬行動物，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的溫度。比如一枚烏龜?shù)埃绻跊鏊沫h(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，很多動物是在經(jīng)歷了數(shù)百萬年的漫長進化過程后，才逐漸擺脫性別取決于溫度的限制，將性別決定權(quán)鎖定于相應的性染色體中。另類的哺乳動物研究發(fā)現(xiàn)，鴨嘴獸擁有10個性染色體一一雌性表現(xiàn)為5對XX組合，雄性表現(xiàn)為5對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號常規(guī)染色體上。這個發(fā)現(xiàn)印證了這樣一個學術(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物，那么它們更像誰呢？一項研究認為，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相同的基因，現(xiàn)在，仔細比對之后，他們進一步確定，鴨嘴獸的性染色體X5和雞的性染色體Z共享數(shù)百個相同基因，也就是說，這兩個染色體是一樣的。這個結(jié)論著實令許多人暈頭轉(zhuǎn)向一一鳥類和鴨嘴獸在生物進化樹上完全處于不同分支，為什么會出現(xiàn)這樣的情景呢？有研究人員推測，很可能是這些動物的共同祖先曾同時采