自然界中千奇百怪的乳汁

Natalie Angier

與大多數(shù)雌性蒼蠅產(chǎn)卯孵化幼蟲的方式不同，雌性舌蠅每次生育都會直接在體內(nèi)孕育一只幼蟲。9天后，當(dāng)幼蟲誕生時，其體型幾乎與母蠅相當(dāng)。

“對人類來說，這相當(dāng)于生下了一個18歲的孩子。”美國加州大學(xué)戴維斯分校研究舌蠅的昆蟲學(xué)家Geoffrey Attardo說，“如果解剖幼蟲的消化道，就會發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部充滿了母蠅的乳汁。”

無論是從營養(yǎng)學(xué)、生物化學(xué)還是免疫學(xué)的角度來講，雌性舌蠅的乳汁都十分精妙——它從母蠅的血液中流出，繼而在子宮內(nèi)被發(fā)育中的幼蠅貪婪吞下。

而在對舌蠅乳汁的化學(xué)和遺傳學(xué)分析中，Attardo團(tuán)隊驚訝地發(fā)現(xiàn)，它們的乳汁與哺乳動物乳腺的產(chǎn)物非常相似。“在蛋白質(zhì)種類上，這種乳汁與哺乳動物的乳汁居然有著驚人、迷人的重疊。”

隨后，研究人員又在一系列沒有乳腺的動物（如無脊椎動物中的蜘蛛、蟑螂和埋葬甲蟲，脊稚動物中的大白鯊、雄性帝企鵝和雄雌火烈鳥）中發(fā)現(xiàn)了能發(fā)揮母乳作用的物質(zhì)。

乳汁中的高蛋白

部分科學(xué)家追溯了哺乳動物哺乳行為的進(jìn)化過程后得出結(jié)論：哺乳行為的出現(xiàn)并不是為了方便喂養(yǎng)幼崽，而是為了幫助我們的卵生祖先更好地在干燥的陸地上使用有限的水。

還有一些科學(xué)家正試圖從包含了全世界5500多種哺乳動物的樣本中尋找并理解乳汁成分的差異。他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，一些奇特的哺乳動物的需求與它們的乳汁成分之間有著令人信服的一致性。

例如美國史密森尼國家動物園的哺乳行為研究者M(jìn)ichael Power（《乳汁：哺乳生物學(xué)》作者之一）檢測了九帶犰徐的乳汁后，發(fā)現(xiàn)其中的成分相較于其他哺乳動物的乳汁具有更高濃度的鈣、磷以及更高的蛋白質(zhì)含量。“蛋白質(zhì)含量高得驚人，占比遠(yuǎn)超乳汁中的其他成分。”

而這仲更高的礦物質(zhì)含量也是有道理的。Power指出：“因為犰狳會長出骨質(zhì)的甲殼，所以幼崽需要大量的鈣和磷。”

但是該如何解釋乳汁中高含量的蛋白質(zhì)呢？研究人員認(rèn)為這和化學(xué)反應(yīng)有關(guān)：如果直接向大多數(shù)哺乳動物的乳汁中加入大量鈣和磷，這些礦物質(zhì)就會結(jié)合在一起形成不溶的磷酸鹽化合物。

“這些物質(zhì)會卡在乳腺里，永遠(yuǎn)無法到達(dá)幼崽體內(nèi)。”Power說，“解決方案就是加入額外劑量的酪蛋白，將礦物質(zhì)結(jié)合成緊密、可用的納米團(tuán)簇。如果要為幼崽提供高鈣、高磷的乳汁，就必須保證它同時也富含高蛋白，因為蛋白質(zhì)可成為運(yùn)輸鈣、磷的載體。”

代價高昂的哺乳期

史密森尼學(xué)會的名譽(yù)研究員Olav Oftedal及同事曾經(jīng)試圖估算黑熊幼崽在巢穴中接受哺乳時乳汁的消耗速率，卻意外地在母熊的血液和乳汁中發(fā)現(xiàn)了用同位素標(biāo)記的水樣，而這是他們在實驗早期提供給幼崽的水樣。

“這些同位素只會通過一種方式進(jìn)入母乳。母熊在哺乳期時不會外出覓食，但會吞下幼崽的排泄物，隨后這些排泄物中的水便出現(xiàn)在乳汁中。”O(jiān)ftedal表示。

部分生物學(xué)家認(rèn)為，不應(yīng)該隨意使用“乳汁”這個詞，一些哺乳動物學(xué)家也將“乳汁”限定為哺乳動物特有的乳腺分泌出的液體。

但也有很多科學(xué)家認(rèn)為，任何由親代合成或高度加工，且為后代生存必需的物質(zhì)，都可稱之為“乳汁”。按照這個標(biāo)準(zhǔn)，僅僅是父母幫助幼崽預(yù)消化的食物可能就不算“乳汁”了，但如果父母向食物中額外添加了某些必需成分，那么反芻的食物就可以被視為一種“乳汁”。

德國拜羅伊特大學(xué)的sandra Steiger及其同事最近報道了一種雙親共同養(yǎng)育后代的埋葬蟲（Nicrophorus Orbicollis），它身長1英寸（2.54厘米），長有美麗的橙色、黑色的條紋。甲蟲父母會先吃一些腐肉，將腐肉預(yù)消化，當(dāng)后代用前腿輕拍它的嘴時，就將這一小塊腐肉送到幼蟲的嘴里。

“這種喂養(yǎng)方式就像是親吻。”Steiger說，“相比于喂食的肉，這種接觸交流本身更重要，因為父母口腔中的液體對小甲蟲的生存起著至關(guān)重要的作用。”

Steiger的研究團(tuán)隊證實，如果改為僅僅給小甲蟲喂食預(yù)消化的腐肉，這些幼崽雖然能暫時養(yǎng)活自己，但幾乎都會在蛹化之前死亡;只有獲得混入親代口腔液體后喂食的食物，小甲蟲才能茁壯成長。

研究人員尚未分析過這種巧克力色“甲蟲奶”的成分，但Steiger清測.這種含有父母口腔液體的“乳汁”，能夠為幼蟲提供暢道微生物、抗體、消化酶和其他消化腐肉必需的物質(zhì)。

無論對哪個物種而言，哺乳的代價都是昂貴的。

火烈鳥是為數(shù)不多可向幼鳥產(chǎn)奶的鳥類，而產(chǎn)奶行為會使它們逐漸褪去身上昕有的顏色。

雄雌火烈鳥共同筑巢，孵化一個鳥蛋。當(dāng)?shù)胺趸瘯r，親鳥會產(chǎn)出豐富的嗉囊乳（雄雌火烈鳥都會承擔(dān)這一哺乳義務(wù)）.在隨后長達(dá)九個月的時間里，火烈鳥幼鳥將以此為食。幼鳥乞食發(fā)出的聲音會刺激親鳥大腦釋放催乳素（與幫助人類哺乳的催乳素是同一種），催乳素的釋放反過來又會促使父母喉嚨底部的嗉囊中的細(xì)胞膨脹并分泌神奇的乳汁。

哺乳行為的起源可以以追溯到3億多年前，這甚至比哺乳動物出現(xiàn)的時問早了1億年。

火烈鳥乳汁的蛋白質(zhì)、脂肪含量比哺乳動物的乳汁更豐富。“它們的乳汁甚至具有白干酪的稠度。”英國埃克塞特大學(xué)的火烈鳥研究者Paul Rose說，“這些乳汁甚至還是亮粉色的。親鳥在乳汁中加入了和火烈鳥羽毛顏色相同的類胡蘿卜素，它可以作為一種抗氧化劑，促進(jìn)幼鳥健康、快速成長。”

幾個月的哺乳期內(nèi)。親鳥必須逐步提高乳汁產(chǎn)量，以滿足幼鳥不斷增長的需求。當(dāng)小火烈鳥接近成年，身體健壯、泛著紅色時，它的父母則會看起來消瘦而憔悴，曾經(jīng)紫紅色的羽毛也會褪成白色。

“它們所有的能量，所有的粉色色素。都進(jìn)入了嗦囊乳汁中，”Rose說，“喂養(yǎng)火烈鳥幼崽是一項非常耗費(fèi)精力的工作。”

如何解釋這種喂養(yǎng)方式的必要性.為什么火烈鳥不能像許多其他鳥類那樣，簡單地以甲蟲和蒼蠅為幼崽提供食物呢？Rose將這種做法歸因于火烈鳥獨(dú)特的覓食方式。同時這也是為了適應(yīng)這種覓食方式必需的口器——就像長須鯨一樣，火烈鳥也是濾食性動物，它們獨(dú)特而彎曲的喙就像精心制作的篩子。火烈鳥幼鳥從出生時的直喙到變厚、變彎需要時間.而掌握濾食方式需要更長時間的練習(xí)，因此它們在初期必須依靠父母的“乳汁”生存。

必不可少的抗菌劑

以前科學(xué)家認(rèn)為，只有在哺乳動物中，所有的成員才會哺育幼崽。然而演化生物學(xué)家現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，哺乳行為的起源可以追溯到3億多年前，這甚至比哺乳動物出現(xiàn)的時間早了1億年。

目前學(xué)界普遍認(rèn)同現(xiàn)代哺乳動物的祖先產(chǎn)一種多孔的薄殼蛋，現(xiàn)生的蜥蜴、蛇和單孔類哺乳動物（例如鴨嘴獸）都會產(chǎn)這種蛋。與擁有鈣化硬殼的鳥蛋相比，薄殼蛋有被風(fēng)干的危險，因此現(xiàn)代蛇和蜥蜴通常需要在相對潮濕的環(huán)境下產(chǎn)卵。

在進(jìn)化過程中，我們古老的祖先偶然發(fā)現(xiàn)了相比于局限在特定環(huán)境產(chǎn)卵，有一個更自由的解決方案：把自己變成一個水罐，這樣就可以自由選擇產(chǎn)卵的場所了。

“乳汁最初的功能可能是為放在干燥地表上的薄殼蛋提供水分。”愛達(dá)荷大學(xué)的哺乳動物專家Amy Skibien兌。在這個場景中，哺乳動物的祖先通過胸部的毛孔將液體滴到卵上，而乳頭出現(xiàn)的時間則要晚得多。

薄殼蛋也有被微生物侵入的危險。遺傳學(xué)研究表明，最早的薄殼蛋水合液中含有抗病原體成分，它不僅具有保濕功能，還有清潔作用。

那么為什么不在蛋孵化之后繼續(xù)“澆水”，讓這些液體進(jìn)入幼崽的食物中，以保證幼崽的存活率呢？因為，一旦這種靠分泌來養(yǎng)育后代的方式在早期哺乳動物中固定下來，乳汁就很快變得多樣化了，乳汁成分的具體配方就由需求、飲食和所屬類群所決定。

比如冠海豹能在迅速縮小的浮冰上哺育幼崽，僅4天，幼仔的體重就能翻倍。這就緣于海豹乳汁的脂肪含量超過60%。是脂肪含量最高的哺乳動物乳汁。

而在脂質(zhì)天平的另一端，犀牛乳汁的脂肪含量僅為2%，無論是外觀還是氣味都像極了脫脂牛奶。

大象乳汁的含水量更低，就像是冰激凌的味道;獅子的乳汁則沒有明顯的氣味，與大多數(shù)食肉動物的乳汁一樣，含糖量低——這些肉食者的幼崽天生就能有效地將乳汁中的蛋白質(zhì)和脂肪轉(zhuǎn)化成葡萄糖。

相比之下，人類的母乳則非常甜。人類乳汁中儲的數(shù)量和種類超過了其他類人猿。Power指出，如此豐富的糖并不如一些人所說的那樣用來構(gòu)建我們大腦，而是因為我們需要糖的抗菌能力來幫助幼崽應(yīng)對農(nóng)業(yè)革命后遇到的新病原體。幸運(yùn)的是，我們的母乳成功應(yīng)對了這個新的挑戰(zhàn)。