三十六计走为上,胚胎如何逃出生天?

大多数动物的生命开始于受精卵,但鲜为人知的是,胚胎时期的它们是怎样生存的?


逃脱艺术家

红眼树蛙主要分布于中美洲和南美洲的热带雨林。在物种繁杂多样的热带雨林,红眼树蛙走向成年期间,必须躲过不计其数的捕食者。而在生命刚刚开始、也是最脆弱的胚胎发育时期,也可能要经常面临饥饿的捕食者或自身的脱水危机。

生物学家认为,红眼树蛙的受精卵是研究动物胚胎时期的理想对象。它们常常附着在水塘或沼泽中植物的叶片上,从细胞囊分裂分化为发育完全的蝌蚪,它们只需短短七天,但这七天时间也是胚胎发育最艰难的时期。经研究人员统计,受精卵在胚胎发育的一周内,有50%的机会遇见吃卵的蛇或是黄蜂这些捕食者。

但令人惊讶的是,面对这些生命威胁,红眼树蛙的受精卵并不是完全毫无防备,它们可以尽早孵化以减少这些危险!在生物学家看来,红眼树蛙的受精卵简直是逃脱艺术家,面临危险,它能比正常孵化时间提前三天孵化,也就是说它仅用四天完成发育过程!

之前,大多数生物学家认为,不同物种受精卵的发育时间是固定的,就像上楼梯一样,必须按照步骤一步一步完成。但这项出人意料的研究结果,使得整个生物学领域都在研究动物胚胎孵化时间的可变性。直至目前,科学家已经证明两栖动物中,可以操纵孵化时间的动物至少有38种。捕食者威胁、病原体、氧气供应,甚至是父母照顾不周等原因,都可以触发动物受精卵提早完成发育。


对振动的敏感

既然提前孵化有助于红眼树蛙躲避捕食者的伤害,那么正常情况下它们的卵为什么不早些孵化呢?

一方面,与人类一样,红眼树蛙早产儿的死亡率比足月的同类高出许多;另一方面,红眼树蛙在池塘和沼泽中还有很多其他的小天敌,例如饥饿的鱼、小虾等,树蛙的胚胎在卵中呆的时间长一些,蝌蚪出生时就会更大、更强壮,更容易躲避水中的敌人,提高它们在水中存活的概率。

而研究红眼树蛙的专家发现,受精卵决定是留下来继续正常发育,还是冒着早夭的危险提前完成孵化,往往取决于环境因素。那么,它们是如何衡量生命早期出现的风险呢?研究人员怀疑,秘密可能在于:受精卵能够感觉和辨别外界的振动。

为了找出受精卵是否能识别不同的物体产生的振动,比如自然界无害的雨水声或是邪恶的捕食者,科学家在实验室里模拟不同方式的振动,例如连续振动、间歇性振动。试图找出什么类型的振动会影响受精卵孵化。

结果发现,红眼树蛙受精卵会在间歇振动模式时提前完成孵化。其原因在于间歇性的振动,与吃卵的蛇产生的动静更相似,而自然界中暴雨和风产生的动静更倾向于连续性的,这也说明了类似于蛇产生的振动会让受精卵感受到危险。

最先发育的感知器官

那么,红眼树蛙那尚未发育完全的胚胎又是怎么拥有感受振动的能力的呢?

神经生物学家表示,脊椎动物的前庭眼反射可以帮助它们感觉外界振动。前庭眼反射的产生,是由于脊椎动物耳朵的内耳前庭系统结构的发育,这个结构有助于保持身体平衡和感知振动,并通过发送神经信号给控制眼球运动的神经系统,使它们能感知自己的空间位置。例如人坐在行进的汽车中,即使闭上眼睛,也可以通过感知振动,知道汽车是在加速、减速还是转弯,这就是前庭眼反射在起作用。

研究人员发现,发育前3天,红眼树蛙的受精卵没有异样。但是第4天刚刚开始,就可以观察到它们具有前庭眼反射了。此时也就是受精卵可以快速完成发育,逃离潜在危险的时间。

在极其险恶的环境中,红眼树蛙的胚胎为了生存,最先发育出了最重要的感知功能,而生活在母亲子宫中的人类胚胎则不必如此,它们可以优哉游哉地慢慢发育。

(本文源自大科技*科学之谜2015年第11期文章)