​1. 虫卵的多样性

在1917年出版的经典著作《生长和形态》中，达西·汤普森（D'Arcy Thompson）探讨了这样一个问题：某些形状是否只有当它们具有一定尺寸时才可以存在。例如说，按照比例大象的四肢必须比瞪羚的要粗得多，如果一只四肢纤细的瞪羚的体重增加到大象的体重，它的腿就会折断。

在进化的过程中，生物体的大小和形状会发生显著的变化，这是一个困扰了科学家几个世纪的问题，许多著名的生物学家，如朱利安·赫胥黎（Julian Huxley），都曾被这个问题深深吸引，并希望能解开这一难题。一直以来，人们普遍认为生物大小的变化是由于发育、形态、生态压力等因素造成的，比如发育的速度，或者最终的成年尺寸等等。

曾提出过“红皇后定律”的著名生物学家Leigh Van Valen（1935 - 2010）说过：“进化是由生态学控制的发展。”最近，由哈佛大学的一组研究人员建立的一个新的数据库，将van Valen的说法体现得淋漓尽致。

哈佛大学的生物学家Cassandra Extavour和她的组员，对10000多个大小和形状各异的昆虫虫卵进行了测量，发现能解释这种形态的多样性的是昆虫的产卵地。在此之前，关于虫卵形状的多样性存在许多未经证实却被普遍接受的观点，比如其中一种便是更大的成年昆虫会产下更大的卵，而更大的卵又与产生体型更大的成年昆虫挂钩。

Extavour等人发现，虫卵的大小和形状之间的关系是不断演变的。因此，新的研究给出了一个令人颇感意外的结果，他们将此研究发表在了7月3日的《自然》杂志上，并将数据库发表在了《科学数据》上。

2. 海量数据呈现出的意外结果

Sam Church和Seth Donoughe是Extavour的研究生，他们二人对收集昆虫虫卵的大小和形状的信息抱有极大的热情。他们研究的是蟋蟀的发育初期的各种情况，因而想要了解蟋蟀的初期发育与大小各异的昆虫相比是怎样的情况。

一开始，Church和Donoughe想从科学文献中寻找昆虫虫卵的数据，但这个方法存在一个问题，那就是这些描述了数以百万计的物种的信息，分散在数以千计的论文之中，一一筛选出这些信息将是一个需要耗费数年时间的搜索过程。

为了解决这个问题，他们编写了一个计算机程序来对论文进行搜索，这种算法可以标记包含了昆虫虫卵的大小和形状信息的页面。例如一旦某个页面含有“卵子”、“卵巢”、“长度”等关键词，这个页面就会被电脑标记，接着研究人员就会手动将相关信息录入数据库。但这也存在一个问题，那就是有许多文献是没有电子版的。于是，哈佛大学比较动物学博物馆的图书管理员Mary Sears帮助他们找到了旧论文，并将它们一一转化成研究所需的电子格式。

最终，他们从1756篇科学文献中挖掘出了这些数据，得到了一个含有来自6706个物种的10500个昆虫虫卵的测量数据的数据库，其中虫卵的大小横跨8个数量级，最小的是寄生蜂Platygaster vernalis的虫卵，体积只有7×10⁻⁷mm³，宽度不足人类头发丝的一半粗；最大的是钻土甲虫Bolboleaus hiaticollis的虫卵，体积约为500mm³，大约跟我们的小手指指甲盖一般大。这二者之间相差8亿倍，举个直观的例子就是，如果最小的卵有高尔夫球那么大，那么最大的卵就有奥运会用的标准游泳池那么大。

有了这样一个无与伦比的数据库，研究人员可以测试各种各样曾被提出的假设，例如有观点认为，体积大的卵会发育成长长的形状，因为要以最大限度地包裹里面的幼虫；再比如还有正好相反的观点认为，体积大的卵应该是圆的，这样就能将制作卵壳的成本降到最低；还有说法称，虫卵较大的昆虫比虫卵较小的昆虫所需的发育时间更长。

但根据新的研究来看，这些说法都经不起推敲。因为研究人员发现，任何形状、任何大小的虫卵几乎都存在，也就是说在昆虫虫卵的大小和形状的进化过程中，似乎并没有出现一致的趋势。

3. 周全的考量

这一结果是有悖直觉的，因为异速生长（表示不成比例的生长关系）是一个几乎遍及所有对形状和大小进化研究中的思维。很多从事新陈代谢和生理学研究的科学家都有这样一种基础想法，那就是如果观察的数据范围足够宽泛，那么就会有一些非常简单的规则会以非常大的模式显现出来。一般认为，较大的昆虫会有较大的卵；但实际情况是，对于某一特定大小的昆虫来说，虫卵的大小差异可以达到3~4个数量级，这意味着虫卵的大小和成虫大小之间的联系并不是很紧密。

然后，研究人员观察了两种不同的产卵环境：体内寄生虫（昆虫在其他昆虫体内产卵）和水生产卵。结果发现，体内寄生虫昆虫会产下形似泪滴状的虫卵，而在水中产卵的昆虫所产下的虫卵较小，而且往往形状更圆。由此来看，在影响虫卵的大小和形状方面，生态环境扮演了某种主导角色。

所以，一些早期的推测，例如认为虫卵大小和形状与发育时间、成虫大小等性状相关的理论，似乎并不正确。大块头的成虫并不一定会有大的虫卵；虫卵的大小与发育时间也没有关系。昆虫的生命周期分为4个阶段：卵、幼虫、蛹、成虫，每个阶段都有各自的生态系统，而且每个阶段都会受到不同的选择压力。新的数据表明，不同生命阶段之间的关联可能比之前想象的要少，虫卵的进化阶段与周围的直接环境有关，与发生在生命周期中的其他部分无关。

4. 未来可期

在新的研究中，一个关键点在于研究人员通过使用复杂的统计方法，将昆虫的系统发生关系（具有共同祖先的各个物种）考虑在内，不然有可能会导致错误的结论。例如，许多甲虫都有圆形的卵，所以甲虫物种之间的相似性就不能由生态学来解释，而是由它们的进化亲缘关系来解释。

未来，研究人员或许还可以确定更多能起到关键作用的生态变异轴线。例如他们可能会发现在叶子表面、泥土或腐烂的水果内产下的卵的大小和形状具有不同的模式，因为这几种环境都会给虫卵的生存带来不同的挑战，比如不同的氧气供应和干燥情况。

对于这项从如此繁琐的工作中取得的成果，Extavour说：“可以确信的是，无论让你觉得有趣的是什么问题，在科学研究的历史上总会有其他人也认为它很有趣。为了不去重复做别人已做过的工作，并从已有的工作中学习经验，你应该始终确保你的工作是建立在之前的工作基础之上。”相信在此之后，这个数据库也将成为众多想要揭开生物体的大小与形状之谜的科学家的基础，让他们拥有一个前所未有的强大工具。

参考链接：

[1] https://www.the-scientist.com/news-opinion/ecology--not-physics--explains-diversity-of-insect-eggs-66067

[2] https://www.nature.com/articles/s41586-019-1302-4