鸟类的飞行能力可能决定其蛋的形状

我们都知道蛋是什么样子的，对吧？好吧，我们知道的可能比我们想象的要少——鸟蛋可以是球形、泪滴形、长方形，也可以是介于两者之间的任何形状。一个跨学科的科学家小组可能在破解这些不同形状的形成之谜方面取得了进展。

《科学》杂志上的一项新研究表明，飞行能力的差异可能早在蛋的时候就开始了：飞向天空的鸟类的蛋更多是椭圆形、不对称的，而陆栖鸟类（如鸵鸟）的蛋更多是球形的。

“我和我的同事对鸟蛋形状的多样性感到十分震惊，”论文第一作者、普林斯顿大学助理教授玛丽·斯托达德 (Mary Stoddard) 说道。“鸟蛋都发挥着类似的功能：滋养和保护正在成长的雏鸟。但尽管它们有共同的功能，但它们却进化出了不同的形状。”

并非所有鸟蛋都像杂货店里卖的鸟蛋一样；鸟蛋种类繁多，形状各异。例如，棕鹰鸮的蛋几乎是完美的球体，而矶鹬的蛋则是泪滴形。

研究人员的第一步是用两种测量方法来描述这种多样性。首先是椭圆度：从球体开始，随着拉伸，它会变得更椭圆。其次是不对称性：有时，鸡蛋的一端比另一端更尖。这些测量值中的每一个都是一个连续体——值可以落在中间的任何地方——通过将它们结合起来，你可以描述几乎任何鸡蛋。不对称和椭圆形？像泪珠一样。对称和球形？那是球体，呵呵。

研究人员沿着这两个轴线绘制了 1,400 个物种的 50,000 种不同形状的蛋，结果令人惊讶地发现，蛋的种类繁多，比其他产卵脊椎动物的种类还要多。他们发现，大多数蛋的形状都介于两者之间，就像鸡蛋一样：比球形略微椭圆，而且有点不对称。但这些形状是如何产生的呢？

先前的研究表明，蛋的形状是由蛋的柔性膜（硬壳下面的保护层）决定的。这项研究更进一步提出了膜的形状是如何首先决定的。它表明，蛋不同部位的膜的性质（例如厚度和弹性）决定了膜的形状如何随着压力的变化而变化。研究人员创建了一个计算模型来显示调整蛋某些部位的膜特性会如何影响整体形状。

为了确定这些独特形状的生物学意义，斯托达德和她的同事将蛋形与其他特征进行了比较，例如体重、巢穴大小和手翼指数（根据翅膀不同部位的大小对飞行能力的近似估计）。

他们的一些发现是意料之中的，例如，较长的蛋孵化出的鸟体型往往更大。但他们最令人惊讶的发现是飞行能力是预测蛋形的最佳指标，飞行能力强的鸟产下的蛋更多是椭圆形和不对称的。斯托达德和她的同事认为，为了符合空气动力学，会飞的鸟必须有流线型的身体，这限制了蛋的可能宽度。不过，鸟类仍然需要产下内部有足够蛋黄和蛋清的蛋。椭圆形和不对称程度更高的蛋将使给定半径的蛋内体积最大化，这对会飞的鸟来说非常有利。

开展这项研究的团队横跨许多不同的领域——生物学、计算机科学、物理学、数学——斯托达德将这项研究的广度归功于这个跨学科团队。

“拥有不同的视角让我们能够从不同的角度理解蛋形的多样性，既能从力学角度，又能从功能角度，”斯托达德说。“我们能够提出‘如何’和‘为什么’的问题。”

斯托达德并不认为这项研究否定了之前关于蛋形问题的研究。她说，传统观点认为蛋形由巢穴位置和巢穴中的蛋数量决定，在较小规模上可能仍然如此。“我们在全球层面发现的情况可能并不总是与我们在较小群体中看到的情况相同。”

在未来的工作中，研究人员希望更仔细地观察不同鸟类的蛋膜和体型，看看它们是否支持这项研究的模型。斯托达德说，他们还想回顾过去，看看恐龙蛋的形状与鸟类有何不同，因为初步结果表明，不对称的蛋是在鸟类开始与其他物种分化的时候进化出来的。