在孵化之前,正在發育的幼鷗似乎在聽到附近成年鷗尖銳的捕食者警告聲時會為最壞的情況做準備——並且也可能會提醒它們發育較慢的同窩幼鳥。
根據週一發表在《自然生態與進化》雜誌上的一項研究(Nature Ecology & Evolution),暴露在成年鷗的警告聲和未接觸過這些聲音的鄰近胚胎的黃腿鷗胚胎,在剛孵化時都表現出了一系列的生理和行為變化。透過震動,暴露在警告聲中的胚胎似乎將威脅的資訊傳遞給了巢中的其他胚胎——這是首次觀察到這種行為導致同窩胚胎發生變化。
正如人類嬰兒會記住他們在子宮裡聽到的聲音一樣,鳥類(bird)、爬行動物、(amphibian)和昆蟲卵內的胚胎會利用感官線索來收集有關其環境的資訊。為了研究黃腿鷗的這一過程,研究的共同作者兼行為生態學家何塞·諾蓋拉和阿爾貝託·韋蘭多(均來自西班牙維戈大學)從西班牙西海岸附近的薩爾沃拉島岩石海岸的鷗巢中取出了90個鷗蛋。然後,他們跟蹤了多個巢(或組)的發育情況,每個巢有三個蛋,每個蛋都比其他兩個蛋晚幾天產下,這些蛋被放在附近的野外站內。每天四次,將每個巢中的兩個蛋放入孵化箱一個小時。一組蛋被放置在一個會定期播放成年鷗尖銳警告聲的孵化箱中。另一組蛋(對照組)則在幾乎靜音的孵化箱中靜置。
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暴露在警告聲中的胚胎會開始震動,在蛋殼內移動以應對感知到的威脅,即使它們被轉移回巢中後,也會繼續這樣做。諾蓋拉和他的同事們認為,這種運動會提醒附近蛋內的胚胎有些不對勁。研究人員認為,在野外,從聽覺警報到震動警報的轉換將警告那些聽覺尚未發育的同窩幼鳥。
一旦雛鳥孵化,研究小組就測量了它們對警告聲的生理和行為反應。從雛鳥身上採集的血液樣本顯示了一系列的變化。研究人員發現皮質酮(一種應激激素)水平升高,以及DNA甲基化水平升高,DNA甲基化是一種分子過程,表明哪些基因被啟用發生了變化。研究人員發現,隨著卵的震動頻率增加,孵化雛鳥的DNA甲基化水平也隨之增加。暴露於警告聲的雛鳥及其同窩幼鳥的血細胞中產生能量的線粒體中的DNA含量(表明健康狀況良好)均有所下降。
雛鳥的行為和體型也發生了變化。經歷過警告聲的胚胎不僅推遲了孵化,而且在孵化後感知到附近的威脅時也更加安靜,並且更容易低伏。此外,它們體型更小,並且名為跗骨的下腿骨生長較慢。那些沒有接觸過聲音但共享同一巢的雛鳥的同窩幼鳥,在行為和骨骼結構上也表現出類似的變化。然而,未接觸過聲音的巢中的胚胎,在巢中的震動頻率遠不如接觸過聲音的胚胎,並且沒有表現出後者所表現出的任何變化。
澳大利亞迪肯大學的行為生態學家梅琳·馬裡埃特說:“聲音可以給胚胎提供大量資訊,而且它們似乎正在利用這些資訊來根據它們的特定條件塑造它們的發育。”她沒有參與這項研究。
根據馬裡埃特和南佛羅里達大學的生態生理學家林恩·馬丁(也未參與這項工作)的說法,關於導致鳥類特徵發生變化的確切機制,包括這些變化在發育的哪個階段發生,以及何時發生,仍然存在疑問。
例如,DNA甲基化樣本是從雛鳥的血液中採集的,而不是從大腦中採集的,而大多數觀察到的變化都發生在大腦中,因此很難說哪些基因導致了行為變化的發生。馬丁補充說,從大腦不同部位採集的樣本中鑑定DNA甲基化水平,將更具體地揭示哪些基因解鎖了行為變化。他說:“行為效應是最有趣的。歸根結底,進化會看到這一點。行為效應是由甲基化或其他因素驅動的並不重要。” 諾蓋拉和韋蘭多表示,他們尚不確定這些變化將如何影響雛鳥在以後的生活中抵禦捕食者的能力。
接下來,諾蓋拉希望研究雛鳥為爭奪資源而競爭的鳥類中的這種胚胎之間的相互作用。他說:“如果一個胚胎能夠獲取有關其環境的資訊,那麼它很可能能夠獲取有關有多少潛在的兄弟姐妹或競爭對手將會孵化的資訊。” 他懷疑胚胎可以利用這些資訊“來追蹤其兄弟姐妹的發育情況,以便它們能夠適應孵化後將面臨的未來競爭水平”。
