我们最早的脊椎动物祖先是卵生生物，经过数百万年的演化之后，一些物种开始能直接诞下活胎。
脊椎动物的生殖过程存在一个典型的分化：它们要么产卵，要么产活胎。然而，生物学中一些情况往往不像它们表面看来的那样简单，就以生殖方式来说，有少数几种脊椎动物居然可以二者兼备。
三趾石龙子（Saiphos equalis）就是这样的一种脊椎动物。最近一项研究表明，这种产卵的蜥蜴目前可能正处于从卵生向胎生的转变过程中。而对这类物种的研究为我们观察演化的过程提供了一个独特的机会。
从蛋到胎儿，然后再反过来?
脊椎动物的生殖方式主要有两种。
产卵的动物被称为“卵生动物”，例如许多鱼类物种就是通过体外受精的卵生方式进行繁殖的。而一些其他的卵生物种，比如鸟类、一些蜥蜴和蛇等，卵子会在母亲体内受精，然后在被产出之前被一层蛋壳包裹。卵生动物的下一代健康生长所需的大部分甚至全部营养都来自卵黄，其依赖程度因物种而异。
与之相比，胎生动物则会在体内培养胚胎，直到胚胎发育完全。胚胎可以完全依靠卵黄获取营养，或者依靠父母提供补给营养，比如人类胚胎就是通过胎盘获取营养。
已有强有力的证据表明，卵生动物是胎生动物的祖先，这意味着卵生动物是最先出现的。从产卵演化到产活胎需要经过许多生理变化，在这种转变过程中，一些结构会随之消失，比如坚硬的蛋壳；但与此同时，它们也会获得其他机制，以确保母体内的胚胎可以存活，比如在发育期间有足够的氧气和水供应。
从卵生向胎生的演化出现得很频繁，在爬行动物群体中，这种演化至少独立出现过121次。而从胎生向卵生的“逆向”演化则要罕见得多，这很可能是因为要重获产生蛋壳的生理机制是件异常困难的事。
两者兼有？
尽管卵生和胎生之间存在着巨大差异，但有些物种却能两者兼而有之，这种被称为“双模繁殖”（bimodal reproduction）的现象极为罕见。世界上有6500多种蜥蜴，只有3种能进行双模繁殖。在澳大利亚就生活着这样的动物，这让想要研究双模繁殖的悉尼大学的研究人员有了得天独厚的优势，他们通过研究三趾石龙子，试图更好地解析从卵生到胎生的演化过程。
○ 根据地理位置而具有不同生殖方式的三趾石龙子（Saiphos equalis），一只三趾石龙子有四只脚，每只脚上有三个趾头，腹部呈黄色，身体细长，非常适合在地下生活。| 图片来源： Charles Foster
在澳大利亚的新南威尔士州北部的三趾石龙子可以直接产下幼崽，但在悉尼附近的三趾石龙子却是通过产卵来繁殖下一代的。之前已有研究表明，尽管这两处的三趾石龙子有着不同的生殖方式，但这些蜥蜴确实是同一种物种。
而对于这种蜥蜴来说，产卵的那部分成员也很奇怪，因为它们的卵在母体内的保存时间相对较长：普通的石龙子在产卵后至少要孵化35天，但有的三趾石龙子的蛋可以在产卵后的5天之内就孵化完全。
○ 卵生三趾石龙子的胚胎在产下卵时，胚胎几乎已经发育完全。| 图片来源：Stephanie Liang
更神奇的是，还有一只雌性三趾石龙子甚至在同一窝后代里，既产下了卵，还附加了一个活胎。
不同生殖模式背后的遗传学
动物发育的许多方面都受基因控制，但并不是所有基因都是活跃基因。而且基因的表达（或者说“开启”）程度也各有不同，在不需要的时候，一些基因可以停止表达。
一般来说，普通的产卵蜥蜴的子宫在无卵和有卵过程之间，只会经历少数几次基因变化；但普通的产活胎的蜥蜴的子宫则不一样，它们会经历成千上万的基因变化，来支持体内胎儿的生长发育，比如那些能帮助提供氧气和水的基因，以及帮助调节母体的免疫系统使婴儿免受免疫攻击的基因。
卵生与胎生的意外相似之处
一项新的研究测量了产卵和产活胎的三趾石龙子的基因表达变化，他们研究了当子宫从空的到有卵，或者从空的到有胚胎的过程中的所有基因表达的差异。
不出所料，产活胎的三趾石龙子从怀孕到产下一个健康的胎儿，期间会经历成千上万的基因变化。但令人惊讶的是，当研究人员观测卵生三趾石龙子的子宫时，他们发现这些产卵的三趾石龙子也会经历成千上万的基因变化，其中许多变化与那些胎生三趾石龙子相似。
卵生三趾石龙子在基因表达上的一些最重要的基因变化，能允许胚胎在母体内长时间发育。这些基因似乎也能让子宫进行重造，以适应不断生长的胚胎，并驱动产生出和胎生三趾石龙子的胚胎发育所需的相同功能。
“逆转”成卵生是否比以为的更容易？
这些发现非常重要，因为它们证明了这些卵生三趾石龙子，是产卵和产活胎之间“真正”的演化过渡。
现在我们知道，较之一般的产卵的蜥蜴，产卵的三趾石龙子的子宫基因表达与产活胎的三趾石龙子更接近。这些结果也许可以解释为什么雌性的三趾石龙子可以一次同时产下卵和活胎。
卵生和胎生的三趾石龙子的子宫在基因表达上的相似性，或许也意味着从胎生到卵生的“逆转”比之前认为的要更容易一些。但这种情况可能仅限于发生那些在最近才演化出胎生功能的物种，比如三趾石龙子。
撰文：Charles Foster（悉尼大学博士后研究员）Camilla Whittington（悉尼大学高级讲师）
原文标题为“This lizard lays eggs and gives live birth. We think it’s undergoing a major evolutionary transition”，于2020年4月3日首发于The Conversation，原文链接：https://theconversation.com/this ... y-transition-133630，中文内容略有编辑，仅供参考，一切内容以原文为准。
封面图：annca/pixabay
发表于 2020-4-11 20:28
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