奇异的鸭嘴兽

奇异的鸭嘴兽任何人都很难想象，鸭嘴兽这个“隐居者”给科学家们带来了怎样的麻烦。1799年，鸭嘴兽第一次进入英国科学家的视野，当即便引起了激烈的争论，这场争论一直持续了大约85年，连达尔文也没能亲眼见证争论的最终结局。最初，所有的博物学家都认定这种长着带蹼的四肢和鸭子样扁嘴的毛茸茸的动物是经人为精心缝合的搞怪标本，以至于当鸭嘴兽标本在伦敦国家历史博物馆展出时，每个参观者都希望自己能找出那“被精心隐藏起来的线头”。当然，没有人能如愿以偿。接下来，争论又转而集中于它是否真的属于哺乳动物。尽管它浑身长毛，但却看不到它长有乳头和乳腺。更令人困惑的是，解剖发现它具有和鸟类、爬行动物一样的泄殖腔。最后，科学家不得不为它及其近亲针鼹在哺乳动物纲之下设立了一个全新的类别：单孔目。直到19世纪30年代，科学家才发现了鸭嘴兽身上的乳腺之所在。到1884年，来自苏格兰的青年胚胎学专家威廉•坎德维尔亲赴澳大利亚考察，发回了一封日后十分著名的电报。电报内容异常简洁：“单孔目卵生，卵子局部卵裂。”寥寥数语，却令整个英国科学界目瞪口呆。浑身毛发，能够吸吮乳汁，长有蜥蜴般四肢且产卵，这些特征令科学家颇费揣测：难道鸭嘴兽就是进化过程中介于爬行动物和哺乳动物之间的缺失环节？达尔文甚至在还没搞清楚鸭嘴兽是否能够产卵之前，就已经把这种形态异常的动物称之为“活化石”。今天，我们已经知道，鸭嘴兽（拉丁学名为Ornithorhynchusanatinus）是澳大利亚特有的单孔目哺乳动物，分布于澳大利亚东部约克角至南澳大利亚之间，在塔斯马尼亚岛也有栖息。目前存活于世的单孔目动物非常稀少，仅包括鸭嘴兽和四种针鼹。严格按照生物分类学标准划分，鸭嘴兽是单孔目之下所属科和种中唯一的幸存者，其余成员都只是以化石形态存在。鸭嘴兽的外形非常奇异，全身裹着柔软浓密的褐色短毛，四肢很短，五趾具钩爪，趾间有薄膜样的蹼，酷似鸭足，吻部扁平，形似鸭嘴，尾大而扁平。鸭嘴兽是卵生，这一点同爬行动物和鸟类一样。鸭嘴兽还是极少数能用毒液自卫的哺乳动物之一。鸭嘴兽无论雌雄，在出生时都长有毒刺，只不过雌性在长到30厘米大小时毒刺消失，唯有雄性后足上的刺仍然存在，内储毒汁，毒性与蛇毒相近，喷出可伤人。人若被鸭嘴兽的毒刺所伤，会立即引起剧痛，数月才能恢复。鸭嘴兽浑身裹着的浓密短毛像防水衣一样形成有效阻隔层，可维持其体温的恒定。鸭嘴兽宽阔、扁平的尾巴能够有效储存脂肪。鸭嘴兽虽四肢粗短，却是游泳能手，用前肢蹼足划水，靠后肢掌握方向。而在陆地上爬行时，其后肢趾间的蹼能收起来。鸭嘴兽长着鸭子样的扁嘴，但与鸟类完全不同的是：鸟类通过喙的上下开合实现张嘴闭嘴，而鸭嘴兽的“鸭嘴”实质上是质地柔软的口鼻部，表面布满神经，能像雷达一样接收其他动物发出的电波。鸭嘴兽的眼睛和耳朵隐藏在口鼻部突起的后端，在入水后完全闭合。也就是说，鸭嘴兽在水下既聋又瞎，完全依靠“鸭嘴”这一利器在水中寻找食物和辨明方向。鸭嘴兽的体重为0.7〜2.4千克，雄性通常比雌性大很多。雄性的平均身长约为50厘米，雌性约为43厘米。总的说来，鸭嘴兽的体形大小因所处地域、气候环境、是否有天敌等诸多因素的差异而呈现出局域性差别。鸭嘴兽属于肉食动物，主要捕食对象包括环节类蠕虫、昆虫幼虫、淡水小龙虾等。每当它们在水中逮到食物，就先存放在腮帮子里，等到浮出水面后再慢慢享用。幼年鸭嘴兽长有牙齿，但当其长到能够爬出洞穴时，牙齿会脱落。因为“无齿”，鸭嘴兽咀嚼食物只能使用牙床中能不断生长的角质板。角质板咬合面上有许多隆起的横脊，能够压碎贝类、螺类等软体动物的外壳，或剁碎其他食物。鸭嘴兽的食量很大，每天所消耗食物至少是自身体重的20%。因此，一只鸭嘴兽平均每天要花费约12个小时在水中觅食。鸭嘴兽喜欢栖居在河流和湖泊的周边。鸭嘴兽建造的洞穴，入口一般高出水面约30厘米。每到繁殖期，即每年的6〜10月，成年雌性鸭嘴兽就会精心搭建更安全舒适的居所。这是一种特殊的洞，洞深至少在20米以上，沿途设置若干隔断，既可以调节洞内的温度和湿度，又能防范猎食者的入侵。在通道的尽头，雌性鸭嘴兽会用衔回的落叶、芦苇等铺床，把巢穴布置得十分舒适。从婚配形态上看，鸭嘴兽属于一夫多妻。雄性通常不参与照顾后代，交配完成后就返回自己的洞穴，雌性则担负着孕育养育后代的重任。鸭嘴兽的平均体温约为32°C，而胎盘哺乳动物的平均体温通常在37^左右。科学家猜测，这很可能是鸭嘴兽在进化过程中主动适应外部恶劣环境的结果。也许正是这样的改变，使之成为单孔目动物家族中罕有的幸存者。鸭嘴兽历经数千万年演化历程，既未灭绝，也无多少进化，始终在“过渡阶段”徘徊，因而充满神秘感，在学术上具有重要意义。这种澳大利亚独产的动物，常作为该国各种活动的吉祥物。澳大利亚20分硬币的反面图案也是鸭嘴兽。2008年，在鸭嘴兽首次亮相科学界两百多年之后，世界著名科学杂志《自然》首次发布鸭嘴兽基因组的详细分析数据，为揭示隐藏于基因密码背后的鸭嘴兽的秘密提供了启示。基因分析认为，鸭嘴兽基因组的构成揭示了其最本真的特征，即同时兼具爬行动物和哺乳动物的特征。比如，鸭嘴兽长有类似爬行动物的四肢，这一特征能够在相应基因片段上直接读出。又比如，在爬行动物的基因组中，有一串专门控制胎儿大小的基因，这些基因无论来自精子还是卵子，其活动能力都是一样的，而哺乳动物（除单孔目之外）的相应基因因其来源不同而具有不同的活动能力：如果来自于精子，基因就异常活跃；如果来自于卵子，基因活动能力就低下。研究表明，对鸭嘴兽来说，相应基因无论是来自精子还是卵子，其活动能力都是一样的。也就是说，在关系胎儿成长的基因方面，鸭嘴兽更加接近爬行动物，而不是哺乳动物。基因研究还表明，同其他哺乳动物一样，鸭嘴兽基因组中约2%（共计18527个）的基因是专门负责蛋白质生成的，其中一部分对应于蛋黄和乳汁的生成。我们知道，爬行动物以卵的蛋黄为发育中的胚胎提供发育所需全部营养，哺乳动物则不同：在胎儿出生前，通过胎盘为发育中的胎儿提供持续的滋养；在幼仔出生后，则通过母乳为其提供营养物质，这也是促使哺乳动物脑容量发展的重要因素。那么，早期的产卵的爬行动物是如何演变为具有胎盘且能够泌乳的哺乳动物的呢？鸭嘴兽基因研究成果为科学家提供了线索：这种转变的第一步必然是促成乳汁分泌，然后逐渐摆脱产卵生育。雌性鸭嘴兽每次产卵1〜3枚，通常为两枚。从外形上看，鸭嘴兽的卵很像爬行动物的卵，皮质质感，个头不大，直径约11毫米，比鸟卵更接近圆形。一枚鸭嘴兽卵的生长周期包括在子宫内28天和在体外孵化10天；而一枚鸟蛋的生长周期则是蛋肠内1天和体外孵化21天。产卵完成后，雌性鸭嘴兽会蜷缩起身体进行孵化。孵化过程大致分为三个阶段：第一阶段，胚胎不会长出任何功能性器官，完全从卵黄中吸取营养；第二阶段，手指脚趾开始发育；第三阶段，卵齿出现。刚刚孵化出来的幼仔非常柔弱，眼睛还不能睁开，浑身无毛，完全依赖母乳喂养。鸭嘴兽有乳腺，但没有乳头。其腹部有个“袋子”，分泌的乳汁经由内侧皮肤上的小孔流出供幼仔舔食。母乳喂养持续3〜4个月。之后，鸭嘴兽妈妈会短时间外出觅食。大约5周后，鸭嘴兽妈妈外出觅食的时间越来越长。再经过大约4个月时间，幼兽开始从洞口爬出。大多数哺乳动物的性染色体外观比较相似，个头较大，数量在50个左右；爬行动物和鸟类则不同，其性染色体数量众多且十分微小，以至于细胞学专家最初使用“染色体微尘”来进行描述。当生物学家第一次透过显微镜观察鸭嘴兽的细胞时，再次被眼前的景象所震撼：鸭嘴兽的染色体与鸟类、爬行动物的染色体比较相似，由46个微型染色体和6个相对大块头的染色体共同构成。我们知道，大多数动物的性别都取决于不同的性染色体组合。包括胎盘类（比如我们人类）和有袋类（比如袋鼠）在内的哺乳动物的性染色体包括X和Y两种，其中X染色体块头较大，Y染色体块头较小，XX代表雌性，XY代表雄性；鸟类的性染色体包括Z和W，其中Z染色体的块头较大，W染色体的块头较小，ZZ代表雄性，ZW代表雌性。不过，并非所有动物都拥有不同的性染色体。以爬行动物为例，很多种类的爬行动物，无论雌性还是雄性，其性染色体是完全相同的，它们的性别差异完全取决于孵化时的温度。比如一枚乌龟蛋，如果在凉爽的环境中孵化，则是雄性；如果在温暖的环境中孵化，则是雌性。由此可见，很多动物是在经历了数百万年的漫长进化过程后，才逐渐摆脱性别取决于温度的限制，将性别决定权锁定于相应的性染色体中。另类的哺乳动物研究发现，鸭嘴兽拥有10个性染色体一一雌性表现为5对XX组合，雄性表现为5对XY。但值得注意的是，鸭嘴兽的性染色体X、Y和我们人类的性染色体X、Y完全是两码事：人类的X性染色体局部存在于鸭嘴兽6号常规染色体上。这个发现印证了这样一个学术理论，即性染色体是由常规染色体演变而来的。既然鸭嘴兽的性染色体不同于以人类为代表的胎盘哺乳动物，那么它们更像谁呢？一项研究认为，鸭嘴兽的性染色体与鸟类性染色体中的Z十分相似。研究者之前已经确定鸭嘴兽和鸡共同拥有若十个相同的基因，现在，仔细比对之后，他们进一步确定，鸭嘴兽的性染色体X5和鸡的性染色体Z共享数百个相同基因，也就是说，这两个染色体是一样的。这个结论着实令许多人晕头转向一一鸟类和鸭嘴兽在生物进化树上完全处于不同分支，为什么会出现这样的情景呢？有研究人员推测，很可能是这些动物的共同祖先曾同时采