胚胎的智慧
生物的智慧是从什么时候开始的?最新研究认为,许多动物在出生之前就已拥有应对周围环境的某些能力。生命诞生之初胚胎的智慧令人叹为观止。
对于还未出生的胚胎来说,生命是脆弱的,随时都有可能夭折,尤其是在危机重重的周围环境中,它们更是无任何自保能力,大量发育良好的胚胎也因此在出生之前就不幸夭亡。然而,最新研究发现,一些尚在卵中的动物胚胎已经拥有相当高妙的生存策略,它们能够对来自卵内部和外部环境的危险作出适时反应,它们甚至已经学会了“吃”与“被吃”这生命的第一课。这令科学家深思:尚未出生的生命究竟是如何拥有应对环境的智慧和能力的呢?
“提前孵化”逃生术
在热带地区的池塘边,一嘟噜一嘟噜的亮晶晶的红眼树蛙的卵块悬挂在树叶上,即使在暴风雨撼动树枝时,它们也还是稳如泰山,不为所动。这时,一条饥饿的蛇咬住了一个卵块的一头,红眼树蛙胚胎的家园开始晃动起来。奇怪的是,卵中的胚胎竟然知道这一次振动与暴风雨来临时的振动是不同的,于是这些已经差不多成熟的胚胎会选择逃跑。当然,它们不可能真的跑起来,而是紧急孵化出来。于是,新孵化出来的小蝌蚪们就像一阵急雨般地落入池塘水中。这种紧急逃生术是卓有成效的,通常一窝卵中有80%的小生命能够“蛇”口逃生。
红眼树蛙卵的生存智慧令科学家赞叹不已:这些小生命在出生之前就能分辨是否因某种危险产生了振动,从而果断地采取逃生策略。
在危险来临的紧急情况下提前孵化,对于微不足道的小生命来说不失为一种绝妙的逃生术。
一条猫眼蛇咬住了红眼树蛙的一块受精卵。青蛙胚胎从不同寻常的振动中感知到了危险,它们从卵中提早孵化出来,然后从叶片上掉落水中逃离危险。
选择最适宜的生存环境
红眼树蛙的胚胎会发育出极大的羽毛状的腮,可以从卵内部的水世界中吸取氧气,而胚胎在卵中的位置和姿势将决定其能获得多少氧气。科学家做了这样一个试验:将只有三天生命的红眼树蛙胚胎的腮挪到含氧量较低的位置,结果大多数胚胎在15秒之内就固执地回复到了原来的位置。
科学家还对只有一天生命的红眼树蛙胚胎进行了测试。这些胚胎还没有血液,没有心脏,只能搏动一些细细的、绒毛一样的芽枝。当科学家把胚胎推往卵中含氧量较低处时,有半数以上的胚胎蠕动起它们细细的芽枝,向它们喜爱的多氧处赶去,5分钟之内就移动了一半的路程。
在淡水河里有一种蜗牛,其卵通常附着在植物等的表面。与非常幼小的红眼树蛙的胚胎一样,发育中的蜗牛胚胎也依靠细绒毛样的芽枝在卵中移动。有时蜗牛胚胎像小行星那样缓慢地转动,有时则快速飞转。科学家知道,发育中的蜗牛胚胎的神经系统会对卵液中的气体作出反应,而胚胎的转动是为了在卵液中改善自身的换气状态。
刚诞生三天的红眼树蛙胚胎就会将它们很大的腮附着在含氧丰富的卵的表面上。
逃生策略与生存智慧
科学家还发现,卵外的异常动静会引发卵中胚胎采取行动——它们能够精明地判断何时该破卵而出,何时该继续安全地呆在卵里。
上世纪90年代初,有科学家在一次科学会议上提出,某些种类的青蛙的卵为逃避猎物袭击危险而提前孵化。但其他一些科学家则认为,提早孵化的小生命在水里将面对其他未知的危险,提前孵化对它们的生存似乎意义不大。
如今,对动物胚胎提前孵化逃避危险的研究已成为科学家十分感兴趣的课题。科学家发现,红眼树蛙胚胎在遭遇蛇类、黄蜂或致命霉菌袭击时,可缩短30%的孵化时间,提前从卵中出来。根据其他多项研究,在其他的两栖类物种中,至少有17%的胚胎都会在面临危险时提前孵化,还有两种鱼类和一种蜥蜴也是如此。
敏锐感知天敌危险并提前孵化,这种策略甚至还体现在一些其卵由母亲照看的动物身上。比如,衔着卵块的喷液蛛在遇到掠食者的袭击时需要吐丝自卫,在这种情况下,它不得不将卵块放下,而小蜘蛛此时便会提前孵化出来。至于喷液蛛母亲是通过何种方式将“危险来临,快快出来!”的信息传递给卵中后代的,这还有待于更多的研究。
此外,在卵中呆着不出来,推迟孵化时间也不失为在脆弱的生命之初得以保命的一种很好的选择。1993年,有科学家提出了动物胚胎的另一种生存策略——面对危险时延迟孵化。
研究发现,只要水中有天敌扁形虫的气味存在,生活在河边地带的蝾螈胚胎就会继续留在卵中不出来。刚孵化出来的幼小蝾螈是扁形虫最喜爱的食物,但如果在卵中继续长大一些再孵化出来,小蝾螈就有机会逃过扁形虫的捕猎。在面临淹没水中的危险时,远不到成熟年龄的红眼树蛙的胚胎也会急急忙忙地孵化出来,因为如果不能及时破卵而出,它们就会被淹毙在卵中。此外还有其他一些延迟孵化的例子,比如有两种青蛙的胚胎,在周围环境中充满蛭类和鱼类天敌时,会在卵中多呆一段时间,直到长大一些,有更强的自保能力时才从卵中孵化出来。
在面对天敌时,携带卵块的雌性喷液蛛无法吐丝御敌。在这种情形下,卵中的小蜘蛛会在母蜘蛛找到安全地方之前提早孵化出来。
不过,科学家也发现,有些物种的胚胎在面临危险时完全无动于衷。科学家在一片蛇虫出没的森林沼泽地里发现了一种青蛙,当蛇一口一口地吞食叶片上的青蛙卵块时,它们居然没有任何反应。科学家在这种青蛙卵的表面观察到一层坚硬的外皮,于是猜测这或许是它们对天敌的一种警告,似乎是在说:“别过来,我可是很硬的哦!”对于这种青蛙来说,卵的坚硬外皮或许是一种有效的御敌策略,而提早孵化可能会构成其他生存问题。
动物胚胎的“学前教育”
为了作出最聪明最理性的选择,动物胚胎实际上一直在学习关于周围环境和危险的最新知识。研究发现,如果在动物出生之前,将含有动物胚胎的卵(或动物母亲)置于某种气味的环境中,幼仔在出生后对这种物质就会产生反应,这也正是动物的一种学习过程。比如,科学家给怀孕的金毛猎犬、拉布拉多猎狗和杂种狗的食物中添加了一种茴芹籽油,结果狗仔一出生就对散发出茴芹气味的棉签特别感兴趣,对只沾了清水的棉签则完全没有兴趣,对散发香草气味的棉签也同样不感兴趣,这表明它们在出生之前已经学会了辨别茴芹的气味。
这种出生前的学习能力也存在于人类、老鼠、羊、兔子,以及一些鸟类、爬行动物、两栖动物甚至无脊椎动物的胚胎中。
胚胎甚至还能通过视觉进行学习。墨鱼卵的外层膜是透明的,墨鱼胚胎在发育过程中能够透过这层膜看到周围的世界。为了解墨鱼胚胎是否真的会注意外部世界,科学家将螃蟹置于墨鱼卵视线所及范围之内。结果发现,这些小墨鱼在孵化出来后,对螃蟹有特别的偏好,而那些在卵中没有看到过螃蟹的小墨鱼在孵化出来后,它们最喜欢的食物是虾而不是螃蟹。
基于这些发现,科学家对动物行为有了一种全新的看法,即胚胎也有学习能力,而过去人们认为动物出生时的一些行为只是本能而已。
许多动物在出生后,能够完成一些与习得有关的任务,比如巴甫洛夫实验中听到铃声会流口水的狗,就是一种后天习得的条件反射。为了弄清楚动物胚胎是否也有学习能力,有科学家对林蛙卵进行了一种“恐吓”实验:将一些林蛙卵置于放了许多死蝌蚪的水中,结果正如科学家所预想的那样,这引起了那些很快就要长成蝌蚪的胚胎的惊慌。然后,科学家又将一些林蛙卵置于放有赤腹蝾螈的水中,而在大自然中,赤腹蝾螈并不生活在林蛙的生态环境中。结果发现,蝾螈的气味并没有引起林蛙卵的恐慌。但是,当科学家将两种气味混合后,经历了这两种气味的林蛙卵在孵化出来后,即使是单独出现的赤腹蝾螈的气味也会让它们退避三舍。
红眼树蛙卵依靠非凡的智慧幸运地“蛇”口逃生,但它们也可能因此付出代价:提前孵化出来的小生命实在太弱小,很难躲避水中鱼虾之类的其他致命天敌;而对于在卵中就学会了恐惧的小林蛙来说,它们在出生后也无法做到毫无顾忌地觅食,无忧无虑地成长——这也许就是大自然此长彼消的规律。但不管怎样,动物在出生之前所表现出来的智慧还是令我们非常惊讶,对大自然中的任何物种来说,生命之初的智慧毕竟是有利于它们的生存的。
巴甫洛夫实验
1904年,俄国生理学家巴甫洛夫(1849-1936)试图通过他所设计的一种技术来研究狗的消化过程。他在狗的面颊部做了一个小手术,将一根导管插入狗的腮部,狗分泌的唾液可以通过导管流入一个容器中,这样便可以观测到狗分泌唾液的数量。为了观测狗在进食时唾液分泌的现象,巴甫洛夫让助手把肉末放在狗的嘴里。这种程序重复几次后,巴甫洛夫发现,肉末还没有放进狗的嘴里时,它只要看见食物甚至听见助手走近的脚步声,就开始分泌唾液了。这是非常有趣的现象,说明狗已经产生了条件反射。巴甫洛夫因此放弃了原来对消化功能的研究而转向对条件反射进行深入的研究,试图通过研究条件反射来揭示动物高级神经活动的规律。
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