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科学家对动物乳汁的了解越来越多,它们可能并非哺乳动物专有

浏览: 时间:2021-01-29 分类:

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大部分雌蝇生育下一代的方式都不高明:她们不是在垃圾堆,就是在动物的粪便中产下种子般大小的卵,而如此孵化出来的幼虫往往都得自谋生路。

不过雌舌蝇不同。她在体内孕育幼虫,一次一只,然后活生生地将它给生下来。九天后,被喂养得肥肥胖胖的幼虫从雌舌蝇的子宫出来。到了那个时候,这些新生舌蝇和它们妈妈的尺寸差不多大。

加利福尼亚大学戴维斯分校的昆虫学家杰弗里·阿塔多(Geoffrey Attardo)表示,那情景“就跟生出个 18 岁的人一样。”他专门研究舌蝇。

刚生出来的舌蝇飞起来像个手榴弹,移动起来又像个机灵鬼(Slinky,译注:一种弹簧玩具)。如果你大力捏它,你就会明白是什么让它如此肥硕,更确切地说,它体内流出的白色液体会告诉你实情:舌蝇幼虫就像是一只装满了乳汁的大水袋。

“弄破舌蝇幼虫的肚子,”阿塔多说道,“乳汁就会流出来。”

而里面装的液体的的确确就是乳汁:母蝇吸食鲜血后先转化出一种富含营养、具有免疫力的生化液体,之后输入子宫供正在发育的幼虫吞咽。

如此被母蝇“不惜血本”地喂养得肥胖硕大之后,幼虫钻入土中安心等待化蛹,30 天后,长着一个恐怖口器的成年舌蝇就会破土而出。舌蝇有一项臭名昭著的能力,它会传播一种叫做“昏睡症”(sleeping sickness)的致命疾病。

近日,在对舌蝇的乳汁进行化学和遗传分析后,阿塔多博士和同事惊讶地发现它跟我们哺乳动物的乳汁非常相像。他说:“我还以为那是种异乎寻常、截然不同的物质呢。但就我们观察到的蛋白质种类而言,舌蝇的乳汁和哺乳动物的乳汁有着惊人的一致性。”

大自然中有许多生物都会分泌乳汁,科学家目前正在扩大范围寻找此类生物,新进行的舌蝇研究就是其中一个案例。最近,研究人员发现,在会分泌母乳的生物中,有许多叫人大感意外,而且它们甚至都没有乳房:比如蜘蛛、蟑螂和埋葬虫(burying beetles);大白鲨、雄帝企鹅以及雌雄火烈鸟。

图片版权:Marcos Chin

其他科学家在追溯哺乳动物的哺乳进化史后得出结论,哺乳的出现并非是因为这样便于哺育后代,而是为了让我们产卵的祖先在陆地上也无需操心水的问题。

全世界的哺乳动物数目众多,大约有 5500 种,其他科学家仍在寻找它们乳汁成分的异同之处。在对那些奇怪的哺乳动物的需求和其乳汁的成分进行分析后,科学家发现它们之间存在许多叫人信服的一致性。

譬如,华盛顿史密斯索尼娅国家动物园(Smithsonian National Zoological Park)的哺乳研究员迈克尔·保尔(Michael Power)和其同事对九带犰狳(nine-banded armadillo)的乳汁进行了化验检测后,发现乳汁中含有高浓度的钙和磷,而蛋白质的浓度甚至更高。

保尔博士称:“九带犰狳乳汁中蛋白质的含量很高,比其他任何东西都要高。”他和杰伊·舒尔金(Jay Schulkin)是《乳汁:哺乳生物学》(Milk: The Biology of Lactation)的联合作者。

九带犰狳乳汁中矿物质的含量偏高是有道理的。“犰狳是由什么构成的?骨质甲。”保尔博士说道,”所以小犰狳肯定是要摄入大量的钙和磷的。”

但是犰狳乳汁中的蛋白质又要怎么解释呢?不过研究人员很快就想明白了,这和化学反应有关。如果你将大量的钙和磷丢进哺乳动物的乳汁中的话,那么在大多数的情况下,两种矿物质会凝结成不溶性的磷酸盐化合物。

“它们会堵在犰狳的乳腺中,然后小犰狳永远也摄入不了。”保尔博士如此说道。那有什么解决方法吗?有,往乳汁中丢入大量的酪蛋白,让钙和磷凝聚成紧凑、可利用的纳米团族(nano-clusters)。

“如果乳汁中的钙和磷含量高的话,那么蛋白质的含量也一定高。”保尔博士表示,“因为其中许多的蛋白质都是用来运输钙和磷的。”

现为史密森学会荣誉退休研究员的奥拉夫·奥法泰尔(Olav Oftedal)和同事曾设法估算过黑熊幼崽的乳汁消耗率,那些幼崽当时还在巢穴中由母熊喂食乳汁。作为实验的一部分,研究人员之前曾给幼崽喂食过做了标记的水以示区别,但他们却惊讶地发现,母熊的血液和乳汁竟然也检测出了做过标记的水。

母熊的乳汁会出现水同位素只有一种可能。“她是在巢穴中喂奶的,”奥法泰尔博士说道,“她没外出找吃的,也没去找喝的。不过她把幼崽的排泄物都给吃掉了,然后又将它们转化成乳汁。”

难怪母熊产出的乳汁要大于她减少的体重。奥法泰尔博士表示:“可回收利用的她都尽量回收了。”

代价高昂的哺乳

生物学家警告勿滥用乳汁一词——抱歉,杏仁乳真的不是乳汁。一些哺乳动物学家则希望乳汁一词只限于表达特定乳腺的分泌物,而这种乳腺碰巧只为他们研究的对象所有。

不过许多科学家都同意,如果父方或者母方合成或者极大地改变了一种物质,而这种物质正是其刚生下的后代所赖以生存的东西,那么就可以说 ta 是在泌乳。以此为衡量标准的话,单纯为预先消化的食物则不属于乳汁,不过若是父方或者母方先往这种食团中加入了必要成分,那么这种反刍物可以被视为是乳汁。

近日,德国拜罗伊特大学(University of Bayreuth)的桑德拉·斯泰格尔(Sandra Steiger)和其同事就他们研究的一种美国生物——葬甲属(Nicrophorus orbicollis)埋葬虫——作了一次报告。这种埋葬虫长一英寸左右,甲上有黑橙条纹,看上去非常美观,幼虫时期受到父母双方的照料。父(母)埋葬虫会吃下一口腐肉预先进行消化,在幼虫用前脚轻拍 ta 的嘴乞求喂食后,再将食物喂进幼虫口中。

“就跟嘴对嘴喂食一样,”斯泰格尔博士表示,“看上去非常美好。”但是正如研究人员所证明的那样,那种喂食不只是嘴对嘴传递浆化的肉而已:埋葬幼虫父母的唾液也是幼虫赖以生存的重要物质。

斯泰格尔博士的团队证明,如果他们给埋葬幼虫喂食液化的老鼠腐肉,埋葬幼虫可以吃得很欢畅,不过几乎所有幼虫都无法活到化蛹阶段。只有在科学家往腐肉里面加入父母埋葬虫任何一方的唾液之后,幼虫才可以茁壮成长。

研究人员尚未对埋葬虫的这种巧克力色泽的乳汁进行分析,不过斯泰格尔博士猜测,它可以给幼虫提供肠道微生物、抗体、消化酶和其他消化腐肉所必须具备的东西。

无论在哪,哺乳都要付出高昂的代价,而且这种进化是有原因的。少数几种鸟会给幼鸟分泌乳汁,火烈鸟就是其中一种,哺乳会让它们的羽毛丧失颜色,不过至少还算公平的是,雌雄火烈鸟都会因哺乳“褪色”。

雌雄火烈鸟在共同筑巢后,会产下一只大鸟蛋进行孵育,而在孵化出幼鸟之后,它们会分泌出大量营养丰富的乳汁喂养它,而且喂奶周期长达九个月。火烈幼鸟发出的乞食声会刺激其父母的大脑,让其释放出催乳激素——跟催促人类产奶的激素同为一种——这种激素反过来会促使鸟爸爸、鸟妈妈喉咙下的嗉囊细胞膨胀起来,从而分泌出神奇的乳汁。

图片版权:Marcos Chin

火烈鸟的乳汁富含蛋白质,而且含有的脂肪比哺乳动物的还要多,英国埃克塞特大学火烈鸟研究员保罗·罗斯(Paul Rose)称其“和农家干酪一样浓稠”。

火烈鸟的乳汁也是亮粉色的。鸟爸爸和鸟妈妈往乳汁中掺入了类胡萝卜素,那种色素通常正是火烈鸟羽毛着色的原因,而且还刚好就是抗氧化剂——非常有利于幼鸟的健康,并能让它们迅速成长。

周复一周,月复一月。鸟爸爸和鸟妈妈必须不断分泌出更多的乳汁,从而满足幼鸟不断增长的需求。待到幼鸟就快羽翼丰满之时,此时它的身体健壮,毛色泛红,然而它的父母看上去却是瘦弱不堪、精疲力尽,就连曾经桃红色的羽毛如今也变得雪白一片。

“它们的所有精力,所有的粉红色素都变成了营养丰富的乳汁,”罗斯博士说道,“抚养火烈鸟是很辛苦的。”

火烈鸟为何要如此不遗余力地进行哺乳?它们就不能像其他许多鸟儿一样,给幼鸟喂食甲虫和苍蝇吗?那样多简单啊!罗斯博士将火烈鸟的这种做法归因为它独特的觅食方式,以及为适应觅食而所必备的喙。

跟须鲸一样,火烈鸟是滤食动物,它们那独特的弯曲的喙就犹如精心制作成的筛子。火烈幼鸟的喙是直的,要让其变弯变厚需要时间,而要它们掌握筛食技巧则更加需要时间。

一种必需的抗生素

只有哺乳纲中的所有生物才会给它们的幼儿喂奶。不过今天的进化生物学家认为,哺乳动物的哺乳行为可追溯回三亿多年前,那时距离第一个哺乳动物的出现还要再过一亿年。

现代哺乳动物的祖先产下的蛋,被认为看上去和今天的蜥蜴、蛇以及几种如鸭嘴兽一般古怪的单孔类哺乳动物所产下的蛋一样,属于多孔结构,蛋壳如羊皮纸一般。不同于鸟类的硬壳钙化蛋,羊皮纸蛋壳的蛋有慢慢变干的风险,这也是现代的蛇和蜥蜴经常需要在相对湿润的环境中下蛋的原因。

我们古老的祖先无意中发现了一个解决方案:把自己变成一个水罐,那么你想在哪里下蛋都行。

“乳汁最初的功能可能是滋养在陆地上产下的蛋壳如羊皮纸一般的蛋。”爱达荷大学(University of Idaho)研究哺乳动物哺乳的专家艾米·斯基比尔(Amy Skibiel)如此说道。在这种情况下,哺乳动物之前的动物透过胸部的毛孔将液体滴到它们的蛋上;乳头是在很久之后才进化出来的。

蛋壳如羊皮纸般的蛋还有一个风险,那就是细菌的渗透。遗传研究显示,最早的蛋的滋养溶液中富含抗病原体。它是一种保湿露——不,更确切地说,它是一种清洁剂。那为什么不在孵化好蛋后继续对其进行浇灌,通过自然选择加快将这种液体变成幼崽的食物呢?

原因就在于一旦哺乳动物的血统确定了为人父母的分泌方式,乳汁就迅速多元化起来,其配方由亲属、饮食以及需求共同决定。

冠海豹(hooded seal)的幼崽出生后,它们的妈妈只在快速消解的浮冰上给它们喂四天奶。在那期间,它们的体重要尽量翻番。因此毫不奇怪的是,冠海豹的乳汁中脂肪的含量超过了 60%,是哺乳动物中脂肪含量最高的乳汁。

冠海豹的乳汁闻着还有一股浓重的鱼腥味,这点是我在国家动物园的世界级乳汁银行嗅了一系列乳汁后发现的。那些乳汁形形色色,实在是千奇百怪。而在脂肪含量少的乳汁中,脂肪含量只有 2% 的犀牛奶闻着、看着都像是脱脂牛奶。

大象奶含有的水分较少,我确信我当时闻到了冰激凌的味道。狮子奶闻着没什么气味,而且跟大部分食肉动物的乳汁一样,含糖量不高;食肉动物可以高效地将蛋白质和脂肪转化成葡萄糖。

与之相反的是,人奶非常甜。斯基比尔博士在给她孩子喂奶时曾亲自尝了一下,她说那味道让她想起了哈密瓜。

保尔博士表示,人奶所含糖分的数量及种类超过了其他任何一种类人猿的,为此他给出了一个叫人大感意外的理由:之所以数量和种类多,并不是一些人认为的要构造我们的大脑,而是我们需要糖分的抗菌能力来帮我们抵御新遇到的所有病原体。彼时,农业革命过后,人类开始涌入村庄,并和其他动物近距离地生活在一起。

“能够以多种方式利用动物(的乳汁)是人类取得成功的原因之一,”他说道,“不过这种做法对人类的身体造成了巨大的冲击。”幸运的是,人奶出来应对了这个挑战。

保尔博士表示:“是我们的大脑制造出了乳汁,而不是反过来由乳汁构造了大脑。”

翻译:熊猫译社 彭喻俞

题图版权:Marcos Chin

© 2019 THE NEW YORK TIMES

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