鸟类胚胎在孵化前通过震动互相警告危险

这些被蛋壳束缚的正在发育的动物比之前认为的更适应外部世界

萨尔沃拉岛(西班牙大西洋群岛国家公园)上的一个黄腿鸥巢,里面有两只幼鸟和一个刚破壳的蛋。

何塞·C·诺盖拉

在孵化之前,正在发育的幼鸥似乎在听到附近成年鸥尖锐的捕食者警告声时会为最坏的情况做准备——并且也可能会提醒它们发育较慢的同窝幼鸟。

根据周一发表在《自然生态与进化》杂志上的一项研究(Nature Ecology & Evolution),暴露在成年鸥的警告声和未接触过这些声音的邻近胚胎的黄腿鸥胚胎,在刚孵化时都表现出了一系列的生理和行为变化。通过震动,暴露在警告声中的胚胎似乎将威胁的信息传递给了巢中的其他胚胎——这是首次观察到这种行为导致同窝胚胎发生变化。

正如人类婴儿会记住他们在子宫里听到的声音一样,鸟类(bird)、爬行动物、(amphibian)和昆虫卵内的胚胎会利用感官线索来收集有关其环境的信息。为了研究黄腿鸥的这一过程,研究的共同作者兼行为生态学家何塞·诺盖拉和阿尔贝托·韦兰多(均来自西班牙维戈大学)从西班牙西海岸附近的萨尔沃拉岛岩石海岸的鸥巢中取出了90个鸥蛋。然后,他们跟踪了多个巢(或组)的发育情况,每个巢有三个蛋,每个蛋都比其他两个蛋晚几天产下,这些蛋被放在附近的野外站内。每天四次,将每个巢中的两个蛋放入孵化箱一个小时。一组蛋被放置在一个会定期播放成年鸥尖锐警告声的孵化箱中。另一组蛋(对照组)则在几乎静音的孵化箱中静置。


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暴露在警告声中的胚胎会开始震动,在蛋壳内移动以应对感知到的威胁,即使它们被转移回巢中后,也会继续这样做。诺盖拉和他的同事们认为,这种运动会提醒附近蛋内的胚胎有些不对劲。研究人员认为,在野外,从听觉警报到震动警报的转换将警告那些听觉尚未发育的同窝幼鸟。

一旦雏鸟孵化,研究小组就测量了它们对警告声的生理和行为反应。从雏鸟身上采集的血液样本显示了一系列的变化。研究人员发现皮质酮(一种应激激素)水平升高,以及DNA甲基化水平升高,DNA甲基化是一种分子过程,表明哪些基因被激活发生了变化。研究人员发现,随着卵的震动频率增加,孵化雏鸟的DNA甲基化水平也随之增加。暴露于警告声的雏鸟及其同窝幼鸟的血细胞中产生能量的线粒体中的DNA含量(表明健康状况良好)均有所下降。

雏鸟的行为和体型也发生了变化。经历过警告声的胚胎不仅推迟了孵化,而且在孵化后感知到附近的威胁时也更加安静,并且更容易低伏。此外,它们体型更小,并且名为跗骨的下腿骨生长较慢。那些没有接触过声音但共享同一巢的雏鸟的同窝幼鸟,在行为和骨骼结构上也表现出类似的变化。然而,未接触过声音的巢中的胚胎,在巢中的震动频率远不如接触过声音的胚胎,并且没有表现出后者所表现出的任何变化。

澳大利亚迪肯大学的行为生态学家梅琳·马里埃特说:“声音可以给胚胎提供大量信息,而且它们似乎正在利用这些信息来根据它们的特定条件塑造它们的发育。”她没有参与这项研究。

根据马里埃特和南佛罗里达大学的生态生理学家林恩·马丁(也未参与这项工作)的说法,关于导致鸟类特征发生变化的确切机制,包括这些变化在发育的哪个阶段发生,以及何时发生,仍然存在疑问。

例如,DNA甲基化样本是从雏鸟的血液中采集的,而不是从大脑中采集的,而大多数观察到的变化都发生在大脑中,因此很难说哪些基因导致了行为变化的发生。马丁补充说,从大脑不同部位采集的样本中鉴定DNA甲基化水平,将更具体地揭示哪些基因解锁了行为变化。他说:“行为效应是最有趣的。归根结底,进化会看到这一点。行为效应是由甲基化或其他因素驱动的并不重要。” 诺盖拉和韦兰多表示,他们尚不确定这些变化将如何影响雏鸟在以后的生活中抵御捕食者的能力。

接下来,诺盖拉希望研究雏鸟为争夺资源而竞争的鸟类中的这种胚胎之间的相互作用。他说:“如果一个胚胎能够获取有关其环境的信息,那么它很可能能够获取有关有多少潜在的兄弟姐妹或竞争对手将会孵化的信息。” 他怀疑胚胎可以利用这些信息“来追踪其兄弟姐妹的发育情况,以便它们能够适应孵化后将面临的未来竞争水平”。

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