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五彩斑斓的鸟蛋,有着意想不到的秘密

2019-01-12 06:58 大数据实验室

你见过鸟类的那些带有彩色斑点的蛋吗?你可知这种五彩斑斓来自何处?长久以来,科学家一直认为,只有鸟类才能产出彩色的蛋壳。然而,一项新的研究却在一个非鸟类的恐龙化石中,发现了两种决定鸟类蛋的所有颜色变化的色素。


于是一个根本的问题出现了:是现代鸟类从非鸟类恐龙祖先那里继承了蛋的颜色?还是在漫长的生物演化史中,蛋的颜色独立进化了好几次


 现代鸟类彩色的、布满斑点的蛋是从非鸟类恐龙祖先那里继承下来的一项创新。| 图片来源:J. WIEMANN/YALE UNIV.


鸟蛋的颜色从哪里来?


耶鲁大学的Jasmina Wiemann说,在兽脚亚目恐龙(一种包括霸王龙和小翼恐龙在内的恐龙谱系)的蛋壳中发现的那些有颜色的图案与现代鸟类非常相似。


越来越多的文献表明,许多曾被认为是鸟类独有的特征,例如羽毛、飞行、大脑组织和飞行所需的适应性代谢,早在现代鸟类之前就已经进化出来了。这进一步地模糊了鸟类和非鸟类恐龙之间的界限。


鸟蛋的所有颜色都源自于两种色素:一种是名为原卟啉的红褐色色素,还有一种是名为胆绿素的蓝绿色素。原卟啉会产生斑点,只出现在蛋壳柔软的外表皮层中;而胆绿素则位于鸟蛋外壳较深、较脆的部位。

2015年,Wiemann和同事报告说,黄氏河源龙的蛋壳化石同时含有这两种色素的痕迹。黄氏河源龙有着像鸟类那样短的喙和头冠,属于窃蛋龙科,它们生活在7000万年前的中国。这表明了色素的进化起源比我们想象的要早得多。


那么在非鸟类恐龙和它们的近亲中,蛋壳有颜色的现象有多普遍呢?为了搞清楚这一问题,Wiemann和她的团队使用了一种叫做拉曼光谱的技术,来追踪19个物种的蛋壳中这两种色素的痕迹。这些物种都处于非鸟类恐龙扩展的族谱上,从美洲短吻鳄,到鸸鹋等现代鸟类,再到非鸟类恐龙。



 几种动物的谱系图与蛋的颜色。| 图片来源:Pany@NPI


拉曼光谱技术使用激光束,壳层中的色素分子会散射光束,色素分子会在特征波长处产生峰值——就像指纹匹配一样。研究人员还分析了各种非鸟类恐龙的蛋壳,包括超过6种不同的兽脚亚目恐龙、植食性带头冠的鸟臀目慈母龙长颈泰坦巨龙


长颈泰坦巨龙以及现代的美洲短吻鳄都有着被掩埋的巢穴,在它们的蛋壳中,研究人员没有发现这些色素的痕迹。但在兽脚亚目恐龙(如恐爪龙)以及大美洲鸵丧失了飞行能力的现代鸟类的蛋壳中,却发现了蓝绿色素或红褐色素的痕迹——或者两者兼而有之,而且它们的蛋壳色素图案,或者说颜色分布的位置几乎完全相同,这些动物的巢穴至少是部分开放的。


研究小组报告说,这表明鸟类蛋壳的颜色进化只发生过一次,而不是多次。 


 几种动物蛋壳的颜色、色素分析图谱与巢穴开放程度示意图。色素分析中,峰值对应于蛋壳中特定分子的存在。只有当某种色素中的所有分子都存在时,才能确定蛋壳含有该种色素,就像是指纹一样。| 图片来源:J. WIEMANN, T.-R. YANG AND M.A. NORELL/NATURE 2018


为什么进化出彩色的蛋?


Wiemann解释说:“我们可以根据颜色推断出许多生态学和古生物学信息,比如筑巢生物学和行为。”例如,研究小组发现,那些蛋壳颜色鲜艳的非鸟类恐龙,有着开放、或部分开放的巢穴,恐龙可以直接栖息在蛋上,就像现代鸟类一样。那些有着无色蛋壳的恐龙,包括鸟臀目和蜥脚类恐龙,则会把蛋埋藏起来,就像现代鳄鱼和乌龟一样。


蛋壳色彩斑澜和开放的巢穴之间为什么会存在联系呢?一种可能的解释是因为需要伪装:现代鸟类蛋壳的整体色调旨在模仿筑巢环境的色调。另一种可能的原因是,彩色蛋壳或许可以帮助调节孵化蛋的温度。此外,蛋壳上独特的色素图案可能有助于动物辨认自己的蛋。Wiemann说:“这表明生态比我们想象的要复杂得多。”



来源:原理

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