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人为什么是胎生哺乳而不是卵生?

访客2年前 (2021-10-23)科学课件68

这简单是因为人的祖先灵长动物以及灵长动物的祖先哺乳动物就是胎生。

关于胎生胎生是在大多数哺乳动物和其他几个物种中发现的繁殖形式。胎生动物会生下与母亲身体紧密连接并曾从母体获得营养的幼年动物。人和绝大多数哺乳动物都是胎生动物。胎生动物不同于卵生的动物,例如鸟类和大多数爬行动物。产卵的或卵生的动物从卵黄和卵本身富含蛋白质的卵发育而来,从中获得所有的营养,而不是像胎生幼体那样直接与母亲连接。

胎生动物极其后代均从受精卵发育而来,但是胎生动物的卵缺乏像鸡蛋一样的硬外壳或壳。在成年雌性体内,胎生幼体长大,直到它们能够独自在母体之外生存。在许多情况下,胎生动物的胎儿与母体通过胎盘相连。胎盘是一种特殊的膜状器官,具有丰富的血液供应,可在怀孕的哺乳动物的子宫内排成一列。它通过称为脐带的器官为胎儿提供营养。卵受精与胎生动物出生之间的时间称为妊娠期。

除鸭嘴兽和棘足动物外,所有哺乳动物均为胎生。只有这两种不寻常的哺乳动物,被称为单孔目动物(montremes),才会产卵。有些蛇,例如吊袜带蛇也是胎生的。还有一些蜥蜴,甚至还有一些昆虫。海洋鲈、一些鲨鱼和一些流行的水族馆鱼、孔雀鱼和软体动物也都是胎生的。

胎生的进化有鳞类爬行动物(蜥蜴和蛇)是一种理想的模型系统,可用于测试有关羊膜脊椎动物胎生(活产)进化的假设。胎生有鳞类已经进化了100多次,从而导致生殖生理发生重大变化。至少,所有胎生的有鳞类动物都表现出由母体和胚胎组织并置形成的胎盘,母体和胚胎组织的起源与在哺乳动物中形成胎盘的组织同源。这些胎盘促进了胚胎体与子宫的粘附以及氧、二氧化碳、水、钠和钙的交换。但是,大多数胎生的有鳞类几乎都依靠蛋黄来获取所有的有机营养。相比之下,某些依靠胎盘获取至少一部分有机营养的物种,表现出与氨基酸和脂肪酸运输相关的复杂胎盘的能力。一些胎生的有鳞类动物在怀孕期间也表现出降低的免疫能力,这可能是为了保护发育中的胚胎而进行的免疫抑制的结果。最近使用候选基因和下一代测序方法进行的分子研究表明,这些现象的基础基因和基因家族中至少有一些在胎生哺乳动物和有鳞类动物的子宫和胎盘中起着相似的作用。因此,对有鳞类动物胎生演化的研究应为所羊水动物包括哺乳动物的胎生演化的假设提供依据。这可能是免疫抑制以保护发育中的胚胎的结果。

繁殖也许是最重要的生物学功能,因为它是有机体将基因传递给下一代的手段。因此,生殖方式的改变将直接影响身体健康,并受到强烈的自然选择压力。卵生(产卵)和胎生(活产)之间的生殖方式转变需要生殖形态和生理发生巨大变化,并且是脊椎动物进化中最基本的转变之一。

尽管胎生已在脊椎动物的多个谱系中独立进化(Anderson 等, 1972;Frick,1998;Farley,1999),例如:软骨鱼类(Wourms,1977)、放线翅目鱼(Wourms,1981)、哺乳动物和有鳞类爬行动物(例如,蜥蜴和蛇;Blackburn 1982年),大多数关于胎生动物的形态、生理和进化研究都集中在哺乳动物上。尽管哺乳动物是理解胎盘复杂性演变的极佳模型,但它们对于研究从卵胎到胎卵的转变而言却是一个糟糕的模型,因为它可能只发生于祖先哺乳动物至先端哺乳动物之间。

此外,向哺乳动物胎生的过渡发生在1.91-1.24亿年前。因此,现存的哺乳动物不太可能保留这种过渡早期的可识别的祖先形态或遗传特征,因为它们经过1亿年的进化已被改变。

上图:爬行动物、鸟类和哺乳动物的胚胎从结构上实际非常相似

有鳞类动物与哺乳动物具有相同的胚膜,包括羊膜、尿囊、绒毛膜和卵黄囊。与胎生哺乳动物一样,这些膜与邻近的子宫组织相互作用,形成胎盘,负责与子宫的粘附,呼吸气体交换,水的运输和营养的运输。其结果是,所有现生的爬行动物,即使他们主要依赖于蛋黄胚胎营养(即lecithotrophy),却是真正的胎生,而不是卵胎生。因为胎盘是由哺乳动物和有鳞类动物的同源组织形成的,所以我们不仅可以在整个有鳞类动物系统发育中而且可以在所有羊膜动物中直接比较胎盘结构。换句话说,有鳞类动物胎生的机制可能有助于我们了解羊膜动物向胎生的过渡,包括早期始祖哺乳动物的过渡。

简而言之,现生的爬行动物已经具备了胎生的生理发育结构,而是因为进化压力导致他们继续维持了一种貌似卵生的状态。也就是说,在现代爬行动物和哺乳动物的祖先——某种羊膜动物那里,就有了胎生的生理机制。

人继承了哺乳动物和羊膜动物祖先的胎生特性羊膜动物(Amniota)是一群四足脊椎动物,包括合弓类动物(哺乳类与似哺乳爬行动物)与蜥形类(含爬行动物、鸟类)。羊膜动物借由产卵、胎生等方式繁衍,胚胎由多层膜来保护。在真兽类哺乳动物,更演化出羊膜来包覆胎儿。羊膜动物与两栖动物的差异在于保护胚胎的膜,与缺乏幼体变形为成体的阶段。

根据较广泛的定义,第一个羊膜动物是Casineria kiddi,生存于3亿4000万年前,属于爬行形类(Reptiliomorpha),外表类似小型蜥蜴。羊膜动物的蛋可处在远离水的环境,使它们可迁移入更干燥的环境。羊膜动物的蛋可以交换空气并排放废物,使蛋与羊膜动物往更大尺寸的趋势演化发展。羊膜动物散布于全球,并成为优势陆地动物。羊膜动物主要分为两个演化支:

合弓类:即哺乳类与似哺乳爬行动物。目前已知最古老的合弓类动物是Protoclepsydrops,生存于3亿2000万年前。上图:最早的合弓动物Protoclepsydrops蜥形类:含爬行动物、恐龙和鸟类。最古老的蜥形类动物可能是古窗龙,生存于宾夕法尼亚纪中期,约3亿1200万年前到3亿600万年前。上图:古窗龙

总结人类继承了羊膜动物祖先的胎生能力,因而是胎生的。现生的爬行动物虽然被称为卵生,但实际上它们具备非常多胎生的生理特征。它们算不上真正的卵生。

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