我們最早的脊椎動(dòng)物祖先是卵生生物，經(jīng)過數(shù)百萬年的演化之后，一些物種開始能直接誕下活胎。
脊椎動(dòng)物的生殖過程存在一個(gè)典型的分化：它們要么產(chǎn)卵，要么產(chǎn)活胎。然而，生物學(xué)中一些情況往往不像它們表面看來的那樣簡單，就以生殖方式來說，有少數(shù)幾種脊椎動(dòng)物居然可以二者兼?zhèn)洹?/span>
三趾石龍子（Saiphos equalis）就是這樣的一種脊椎動(dòng)物。最近一項(xiàng)研究表明，這種產(chǎn)卵的蜥蜴目前可能正處于從卵生向胎生的轉(zhuǎn)變過程中。而對這類物種的研究為我們觀察演化的過程提供了一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會。
從蛋到胎兒，然后再反過來?
脊椎動(dòng)物的生殖方式主要有兩種。
產(chǎn)卵的動(dòng)物被稱為“卵生動(dòng)物”，例如許多魚類物種就是通過體外受精的卵生方式進(jìn)行繁殖的。而一些其他的卵生物種，比如鳥類、一些蜥蜴和蛇等，卵子會在母親體內(nèi)受精，然后在被產(chǎn)出之前被一層蛋殼包裹。卵生動(dòng)物的下一代健康生長所需的大部分甚至全部營養(yǎng)都來自卵黃，其依賴程度因物種而異。
與之相比，胎生動(dòng)物則會在體內(nèi)培養(yǎng)胚胎，直到胚胎發(fā)育完全。胚胎可以完全依靠卵黃獲取營養(yǎng)，或者依靠父母提供補(bǔ)給營養(yǎng)，比如人類胚胎就是通過胎盤獲取營養(yǎng)。
已有強(qiáng)有力的證據(jù)表明，卵生動(dòng)物是胎生動(dòng)物的祖先，這意味著卵生動(dòng)物是最先出現(xiàn)的。從產(chǎn)卵演化到產(chǎn)活胎需要經(jīng)過許多生理變化，在這種轉(zhuǎn)變過程中，一些結(jié)構(gòu)會隨之消失，比如堅(jiān)硬的蛋殼；但與此同時(shí)，它們也會獲得其他機(jī)制，以確保母體內(nèi)的胚胎可以存活，比如在發(fā)育期間有足夠的氧氣和水供應(yīng)。
從卵生向胎生的演化出現(xiàn)得很頻繁，在爬行動(dòng)物群體中，這種演化至少獨(dú)立出現(xiàn)過121次。而從胎生向卵生的“逆向”演化則要罕見得多，這很可能是因?yàn)橐孬@產(chǎn)生蛋殼的生理機(jī)制是件異常困難的事。
兩者兼有？
盡管卵生和胎生之間存在著巨大差異，但有些物種卻能兩者兼而有之，這種被稱為“雙模繁殖”（bimodal reproduction）的現(xiàn)象極為罕見。世界上有6500多種蜥蜴，只有3種能進(jìn)行雙模繁殖。在澳大利亞就生活著這樣的動(dòng)物，這讓想要研究雙模繁殖的悉尼大學(xué)的研究人員有了得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，他們通過研究三趾石龍子，試圖更好地解析從卵生到胎生的演化過程。
○ 根據(jù)地理位置而具有不同生殖方式的三趾石龍子（Saiphos equalis），一只三趾石龍子有四只腳，每只腳上有三個(gè)趾頭，腹部呈黃色，身體細(xì)長，非常適合在地下生活。| 圖片來源： Charles Foster
在澳大利亞的新南威爾士州北部的三趾石龍子可以直接產(chǎn)下幼崽，但在悉尼附近的三趾石龍子卻是通過產(chǎn)卵來繁殖下一代的。之前已有研究表明，盡管這兩處的三趾石龍子有著不同的生殖方式，但這些蜥蜴確實(shí)是同一種物種。
而對于這種蜥蜴來說，產(chǎn)卵的那部分成員也很奇怪，因?yàn)樗鼈兊穆言谀阁w內(nèi)的保存時(shí)間相對較長：普通的石龍子在產(chǎn)卵后至少要孵化35天，但有的三趾石龍子的蛋可以在產(chǎn)卵后的5天之內(nèi)就孵化完全。
○ 卵生三趾石龍子的胚胎在產(chǎn)下卵時(shí)，胚胎幾乎已經(jīng)發(fā)育完全。| 圖片來源：Stephanie Liang
更神奇的是，還有一只雌性三趾石龍子甚至在同一窩后代里，既產(chǎn)下了卵，還附加了一個(gè)活胎。
不同生殖模式背后的遺傳學(xué)
動(dòng)物發(fā)育的許多方面都受基因控制，但并不是所有基因都是活躍基因。而且基因的表達(dá)（或者說“開啟”）程度也各有不同，在不需要的時(shí)候，一些基因可以停止表達(dá)。
一般來說，普通的產(chǎn)卵蜥蜴的子宮在無卵和有卵過程之間，只會經(jīng)歷少數(shù)幾次基因變化；但普通的產(chǎn)活胎的蜥蜴的子宮則不一樣，它們會經(jīng)歷成千上萬的基因變化，來支持體內(nèi)胎兒的生長發(fā)育，比如那些能幫助提供氧氣和水的基因，以及幫助調(diào)節(jié)母體的免疫系統(tǒng)使嬰兒免受免疫攻擊的基因。
卵生與胎生的意外相似之處
一項(xiàng)新的研究測量了產(chǎn)卵和產(chǎn)活胎的三趾石龍子的基因表達(dá)變化，他們研究了當(dāng)子宮從空的到有卵，或者從空的到有胚胎的過程中的所有基因表達(dá)的差異。
不出所料，產(chǎn)活胎的三趾石龍子從懷孕到產(chǎn)下一個(gè)健康的胎兒，期間會經(jīng)歷成千上萬的基因變化。但令人驚訝的是，當(dāng)研究人員觀測卵生三趾石龍子的子宮時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)這些產(chǎn)卵的三趾石龍子也會經(jīng)歷成千上萬的基因變化，其中許多變化與那些胎生三趾石龍子相似。
卵生三趾石龍子在基因表達(dá)上的一些最重要的基因變化，能允許胚胎在母體內(nèi)長時(shí)間發(fā)育。這些基因似乎也能讓子宮進(jìn)行重造，以適應(yīng)不斷生長的胚胎，并驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生出和胎生三趾石龍子的胚胎發(fā)育所需的相同功能。
“逆轉(zhuǎn)”成卵生是否比以為的更容易？
這些發(fā)現(xiàn)非常重要，因?yàn)樗鼈冏C明了這些卵生三趾石龍子，是產(chǎn)卵和產(chǎn)活胎之間“真正”的演化過渡。
現(xiàn)在我們知道，較之一般的產(chǎn)卵的蜥蜴，產(chǎn)卵的三趾石龍子的子宮基因表達(dá)與產(chǎn)活胎的三趾石龍子更接近。這些結(jié)果也許可以解釋為什么雌性的三趾石龍子可以一次同時(shí)產(chǎn)下卵和活胎。
卵生和胎生的三趾石龍子的子宮在基因表達(dá)上的相似性，或許也意味著從胎生到卵生的“逆轉(zhuǎn)”比之前認(rèn)為的要更容易一些。但這種情況可能僅限于發(fā)生那些在最近才演化出胎生功能的物種，比如三趾石龍子。
