顾名思义,哺乳动物是给婴儿挤奶的动物。
在哺乳期,女性的乳腺发育并产生含有免疫细胞、抗体、蛋白质、脂肪和糖的乳汁。营养牛奶为婴儿提供了成长和应对生存困境的力量。
牛奶的成分因陆地和海洋动物的生活环境而异。在所有哺乳动物中,最独特的是鸭嘴兽奶。先来看看其他动物的特点,再来说说鸭嘴兽的独特性。
陆生哺乳动物,猪、马、牛、羊、猫、狗,哺乳期乳房明显肿胀,储存乳汁,喂养婴儿。然而,生活在海里的哺乳动物与陆地动物有些不同。他们从外面看不到自己的乳房和乳头,但它们都藏在身体里。把乳房和乳头藏在身体里有两个好处。一是游泳时保持流线型的身体,减少体表阻力;二是保持乳房的温度,在冷水中,暴露的器官散热更快。
海洋哺乳动物有两个觅食地,一个在陆地,另一个在海洋。海象、海豹和海狮以陆地为食。他们的肚脐两侧有一个褶皱裂缝,哺乳器官在褶皱中收缩。给宝宝喂奶时,褶皱里的乳头会伸出体表,宝宝会像其他陆地动物一样趴在妈妈的肚子上,吮吸乳汁。
在海里哺乳的鲸鱼和海豹一样,它们的哺乳器官隐藏在腹部的褶皱和裂缝中。但是和小海豹不同,小鲸鱼不能吮吸。只有一个尖锐的吻,没有嘴唇的小鲸鱼把它们的吻贴在妈妈哺乳的缝隙上,卷起它们的舌头等待。这时,母鲸会用腹部肌肉把乳汁挤到宝宝嘴里。
除了哺乳动物器官的位置不同外,海洋哺乳动物和陆地哺乳动物的乳汁成分也有显著差异。
海洋哺乳动物的乳汁更加浓缩和粘稠
世界上有5600种哺乳动物,哺乳时间长短不一。最短哺乳期只有4天。哺乳期最长可达3年。
乳汁的成分随着哺乳时间的不同而不同。简单的规则是,动物母乳喂养的时间越长,它们乳汁中的营养就越少。吃素的黑犀牛已经哺乳2年了,它的奶中脂肪含量只有0.2%,是脂肪含量最低的奶。灵长类动物通常泌乳期长,乳汁稀薄。灵长类动物奶脂肪和蛋白质含量低,但碳水化合物含量高。母亲的身体机能长期无法提供营养丰富的牛奶,只好多补充水分。与其他动物相比,人乳中的“水分”最大。人乳中脂肪占4.1%,蛋白质占0.8%,糖占6.8%。相比之下,放牧兔乳汁中脂肪、蛋白质和糖类的比例分别为15.2%、10.3%和1.8%。在母乳喂养两年的非洲象乳汁中,脂肪和蛋白质糖类的比例分别为5%、4%和5.3%。兔子和大象的乳汁中脂肪和蛋白质的含量高于人类,乳汁比人类浓。
与陆地动物不同,海洋哺乳动物的乳汁中脂肪含量很高。水比空气体传热快,海水带走热量比空气体快25倍。恒温海洋哺乳动物需要厚厚的脂肪,隔绝冷水,保持体温。动物妈妈的奶中含有大量的脂肪,可以让宝宝快速增重。他们裹在厚厚的大衣里,抵御寒冷的海水。
哺乳期最短的动物是冠海豹,只持续4天。冠海豹乳汁中的脂肪含量超过60%。哈根达斯冰淇淋的热量是夏威夷坚果中最高的,脂肪含量为21%。冠海豹的奶中奶油含量是哈根达斯的三倍。小海豹每天吃8公斤奶油牛奶。断奶后4天,它们的体重可以增加一倍,长出厚厚的脂肪。
蓝鲸是世界上最大的动物。它的寿命和人类差不多,哺乳期也差不多。然而,蓝鲸奶中脂肪和蛋白质的含量分别为39.4%和11.3%,比人类高出10倍。
除了陆地和海洋哺乳动物,哺乳动物还有另一种哺乳方式。不像其他人,它是一只长相奇怪的鸭嘴兽。
鸭嘴兽的哺乳
鸭嘴兽看起来像一个集合的动物。嘴壳像鸭子,皮毛像水獭,还有带蹼的脚趾,像水獭一样在河里游泳潜水。然而,鸭嘴兽的四肢并不像水獭一样长在身体下面,而是位于身体的两侧。走路时,像鳄鱼一样,肚子左右扭动。
鸟、兽和爬行动物组合在一起成为鸭嘴兽。它大部分时间生活在江河湖海中,只有睡觉时才回到陆地,躲在它生活的山洞里。除了外貌,鸭嘴兽的繁殖还集合了各种动物。它像鸟和爬行动物一样产卵,然后孵化它们。当婴儿从壳中出来时,母亲像胎盘哺乳动物一样给婴儿喂牛奶。
40厘米长的鸭嘴兽体重超过1公斤,产下非常小的蛋。鸡蛋直径只有1厘米,长度不到2厘米,比鸽子蛋还小。小蛋孵出的宝宝只有1.5厘米长,和指甲一样大。妈妈们必须母乳喂养它们4个月,它们才能长大,然后带它们出去游泳捕食。
鸭嘴兽生活在澳大利亚大陆,第一个鸭嘴兽标本是在18世纪从澳大利亚运到欧洲的。当鸭嘴兽第一次被看到时,包括英国自然博物馆馆长在内的生物学家都认为它是一种假动物。有人把各种动物的四肢缝在一起制成鸭嘴兽。
在验证了这个标本不是其他动物组装的恶作剧后,生物学家感到困惑,不知道鸭嘴兽属于哪种动物。后来,德国解剖学家在鸭嘴兽身上发现了微小的乳腺导管,然后将其归于哺乳动物。但是解剖学家找不到它的乳房和乳头。即使鸭嘴兽有乳头,生物学家也无法猜测长着鸭子嘴的婴儿会如何吸奶。
直到19世纪,这个谜题才被解开。驻扎在澳大利亚的英国中尉发现了鸭嘴兽的洞穴,并发现了正在养育婴儿的鸭嘴兽。鸭嘴兽的乳汁从腹部皮肤渗出,积聚在腹部的凹槽中。婴儿躺在妈妈的肚子上舔牛奶。妈妈在流汗,从皮肤上吸奶喂宝宝。
在进化的道路上,1.6亿年前,鸭嘴兽的祖先脱离哺乳动物谱系,独立发展。同时,鸭嘴兽具有哺乳动物、爬行动物和鸟类的混合特征,被认为是一种“原始而低劣”的动物。它勉强挤进了哺乳动物的行列,在哺乳动物的辨别链中排名垫底。但是鸭嘴兽真的是原始和低等的吗?
哺乳动物分为三个亚类,原生动物,包括鸭嘴兽和针鼹鼠;后动物亚纲,有袋动物,包括袋鼠和考拉;真正动物的一个亚类,胎盘动物包括人类。
鸭嘴兽和有袋动物独立生活在与其他大陆隔绝的澳大利亚,而胎盘动物则在其他大陆进化发展。1.6亿年来,没有人被困在旧时代。在生活在澳大利亚的原生动物亚纲中,许多动物走到了进化的尽头,消失在历史中,而鸭嘴兽却存活至今。
与其他大陆的哺乳动物相比,鸭嘴兽的生存面积小,竞争温和,在自己的环境中进化发展。鸭嘴兽已经成为达尔文“适者生存”的有力证据。自然选择不会保留无用的器官。新生器官虽然不发达,但在每一个进化阶段都可以有用,就像鸭嘴兽没有乳头的哺乳器官一样。
没有乳头的鸭嘴兽在给宝宝喂奶时,乳汁受到细菌的威胁。暴露在皮肤外的牛奶容易与外界的细菌和微生物混合,娇小的宝宝吃了会被细菌感染。这时,鸭嘴兽妈妈发明了一个对付细菌的大招数。她在牛奶中添加了一种抗菌蛋白,帮助宝宝抵抗细菌。这种抗菌蛋白只在鸭嘴兽身上发现,在其他动物身上没有。虽然鸭嘴兽没有配备其他动物的哺乳工具,但在喂养婴儿时并不逊色于其他动物。
澳大利亚国家研究院,联手研究鸭嘴兽的抗菌蛋白。上图为团队复制的抗菌蛋白三维折叠结构。此前,生物学家从未见过这种特殊的折叠方法。
新蛋白的抗菌原理与其折叠结构有关吗?这种特殊结构的蛋白质能否合成用于制药?该团队继续进行研究。
随着抗生素的滥用,细菌对抗生素的耐药性越来越严重。不仅人类,其他动物也发现了各种抗生素的痕迹。细菌和微生物,在与抗生素的战斗中,变得越来越勇敢和蓬勃发展。如果我们换个武器,用天然蛋白质代替抗生素来对抗细菌,那将是医学史上的重大突破。
现代科学发展了600年,而地球上的生命进化了36亿年。当科技陷入困境时,我们不妨将目光转向大自然寻求帮助。在一种我们认为“原始而低劣”的动物身上,解决问题的答案已经写好了。