来源：Quanta杂志
撰文：达娜·纳杰尔（Dana Najjar）
编译：任天
“先有鸡仍是先有蛋”是一个古老的谜题，但其实从动物生殖体例演化的角度，那个问题其实不难答复。几乎能够必定，卵生呈现在胎生之前，也就是现有“蛋”后有“鸡”；5亿年前生活在海洋中的盾皮鱼被认为是所有陆地脊椎动物的祖先，它们似乎已经会产卵了。但是，接下来的故事却远没有那么简单。
在漫长的演化过程中，大天然只给出了两种让重生动物来到那个世界的体例。要么是母体产下一个卵，让后代在孵出之前在卵内继续生长；要么新个别不断呆在母亲体内，曲到长成一个更完好的幼体。从那里起头，就有了实正的根本不合。
卵生和胎生之间有着严酷的生殖二分法，那此中有什么原始的原因吗？胎生是什么时候呈现的？为什么会演化出胎生？在最新的研究中，科学家正在对那些问题展开摸索，试图领会有性生殖的庞大复杂性和可变性。他们的研究对象就包罗一种既能卵生又能胎生的蜥蜴。
一种战略选择
早期雌性动物的产卵体例相当于向情况中释放卵子，凡是是一次数千枚。雄性释放的精子会以随机的体例使此中一部门卵子受精，构成的胚胎将在充满敌意的情况中保存，曲至孵化。许多生物，尤其是小型、简单的生物，如今仍然在以那种体例繁衍。
但跟着动物变得越来越复杂，脊椎动物——包罗许多两栖动物、爬虫类以至一些鱼类（如鲨鱼）——转向了一种不那么冒险的战略：体内受精。通过那种体例，雌性能够确保更高比例的卵子受精，它们也能够更有选择性地与雄性交配。胚胎能够在母亲体内平安发育，曲到母亲最末将其释放到一个庇护性的壳内。
胎生的演化更晚，并且不行一次。仅在爬虫类中，那种生殖体例就至少演化了121次。虽然科学家其实不切当晓得第一只从母体出生的活体动物呈现在什么时候，但他们已经领会是什么力量鞭策了卵生到胎生的改变，以及在此之前的演化步调。
当然，那两种生殖体例都能完成繁衍后代的工做，但它们的长处和难点却判然不同。很关键的一点是，采纳卵生体例的雌性动物能够更早地从身体上脱节后代。例如，鸟类从未演化出胎生才能，那可能是因为它们无法接受在怀孕期间飞翔的能量成本。产卵动物凡是一次能产下更多的后代，因为母亲的体型大小不再是限造因素。那种优势可能部门抵消了让卵表露在恶劣情况（包罗捕食者和气候等因素）中的风险。
另一方面，胎生的雌性动物能够为胚胎供给“居所”，使它们在更长时间内免受捕食者和情况危险的危险。但那么做也会使母亲在自担风险：怀孕使它们面对更多的捕食威胁，胚胎自己也会对它们的生命形成危险。“胚胎中有一部门是外来的，它的组织会侵入母体的组织，那有点让人细思极恐。在怀孕期间，母亲会像走钢丝一样连结平衡，在将能量和物量资本转移给“外来生物”的同时确保本身的安康。
因而，卵生和胎生的次要区别就在于母亲应该在什么时候产出胚胎的演化战略。若是很早就产出胚胎，那它就是卵生动物；若是很晚才产出胚胎，那它就是胎生动物。例如，大大都爬虫类会在发育过程约三分之一的时候产出胚胎。
在实正的卵生和胎生之间，有良多可能的产出胚胎时间，但那么做可能是倒霉的，我们称之为“适应性谷底”。试图在“适应性谷底”的某处生出后代的动物可能会承担卵生和胎生的所有风险，且得不到二者的益处，从演化的角度来看，那长短常倒霉的。
值得一提的是，有袋动物找到了一种新的办法来平衡那些风险：它们生下的幼崽在未成熟时现实上就是胎儿，但随后它们在母亲的育儿袋内完成发育。通过那种体例，母亲能够为懦弱的后代供给庇护，使其发育到必然大小，而不需要在体内包容一个发育完全的重生儿。
合适雄性的温度
科学家们仍在研究那些生殖战略的开展限造和要求。以蛋壳的厚度为例，因为氧气必需通过母亲的血液进入卵子，因而在产卵之前，薄壳是有利的。然而在产卵之后，更厚的外壳有助于抵御外部世界的捕食者。那么，若是产卵太早，蛋壳可能太薄而不克不及存活；而若是产卵太晚，则蛋壳可能太厚而不克不及满足胚胎指数生长时的氧气需求。那中间的平衡十分微妙。
在2009年颁发在《天然》（Nature）杂志上的一篇论文中指出，在一个物种可以演化出胎生之前，它可能必需先演化出从基因上决定后代性此外才能。许多生物的性别是间接决定的，取决于情况因素，尤其是温度。差别的温度能够决定胚胎发育成雄性仍是雌性。研究显示，操纵基因来决定性别与胎生之间有很强的统计相关性。那是生物学家通过察看所得出的结论，但尚未颠末严酷的验证。
海龟就是一个如许的例子。它们在陆地上几乎不克不及挪动，但仍然会到海滩上产卵。若是它们把所有的卵都产在水里，那就不太可能得到多变的性别比例，因为海水里的温度梯度比在陆地上小得多。
然而，一旦一个海洋物种演化出了通过基因决定性此外才能，它就不再需要冒险回到陆地上，而是可以完全适应水生生活。没有了在陆地上动作和筑巢的需要，每一个类群都演化出了对远洋生活体例的极端身体适应，好比鱼龙（一类史前海洋爬虫类）的扁形尾巴、背鳍和同党状的四肢。
科学家一起头认为鱼龙的爬行类祖先只要在从陆地迁徙到海洋之后，才有可能演化出胎生。但一具2亿4800万年前的化石的发现改动了那一切。在2014年颁发的一篇论文中，研究人员描述了一具在临蓐时灭亡的鱼龙化石。令人惊讶的是，化石精准保留了重生幼体头朝下从母亲骨盆里出来的时刻。那种情况申明：大大都胎生海洋爬虫类出生时都是尾巴先长出来的，如许它们就能够在临蓐过程中继续从母亲那里吸收氧气；而头先出来的姿势表白鱼龙从更古老的陆地祖先那里继承了胎生体例。因而，陆地上的爬虫类可能在至少2.5亿年的时间里不断以胎生繁衍后代，虽然在陆地上发现的最古老胎生化石并没有那么长远。
卵生、胎生或兼而有之
关于一个物种来说，胎生或卵生似乎是明白的非此即彼的选择，但令人惊讶的是，情况并不是老是如斯。澳大利亚有一种蜥蜴：三趾石龙子（Saiphos equalis）。那种蜥蜴是少数几种“双生殖”物种之一，其显著特点是既能产卵，又能胎生。其他一些蜥蜴物种凡是会在差别的情况下那么做，但在尝试室里，研究人员察看到一只三趾石龙子产下的统一胎中，包罗了三枚卵和一只活的幼体。那让科学家完全惊呆了！
近日，研究人员描述了卵生与胎生蜥蜴母体在基因表达上的差别。在一个物种中，携卵的雌性和未携卵的雌性之间有成千上万个基因表达差别，那是因为在子宫孕育卵子的时候，某些基因会被激活。同样的情况也发作在孕育胚胎的母体子宫中。关键在于，两种情况下被激活的特定基因长短常差别的。
但是在三趾石龙子中，当母体系体例造卵子时激活的许多基因，同样也会在照顾胚胎的母体内被激活。那一发现表白，那种蜥蜴正处于卵生和胎生之间的过渡形态。
那种蜥蜴最末将演化成什么样的生殖体例，目前还无法确定。演化是一个随机的过程，并非被指点的，跟着情况的变革，它可能会改动选择的标的目的，并走上另一条路。
在演化生物学范畴中，三趾石龙子可能会从胎生回到卵生的概念，能够说是一个相对较新的停顿。20年前，科学家认为卵生很难或者说不成能从头演化。但从三趾石龙子之后，越来越多的研究表白，那种情况可能相当遍及。近期对物种间遗传关系的阐发显示，某些卵生动物与另一些胎生动物在演化树中上有着很深的联系关系。
是哪些基因东西使胎生成为可能？胎生有什么根本规则吗？胎生在演化过程中能否利用了不异的基因指令？差别的物种会有不异的问题吗？
在寻找谜底的过程中，三趾石龙子并非可供研究的独一一种奇异生物。海马是目前已知独一雄性会怀孕的动物：雌性海马会将本身的卵子转移到朋友的育儿袋内，在那里受精和发育。对海马的研究表白，雄性海马激活的基因与其他许多物种的雌性胎生时激活的基因不异，那一点值得留意。
如今研究的目标在讨论的是差别的性别，是完全差别的组织，是那种特征在完全差别的物种中演化出来，并且相隔数百万年，那就像那些惊人的天然反复演化尝试已经停止了数百万年。（任天）