鸟喙热量:鸟喙进化理论可能需要修正

关于鸣雀的新研究为鸟喙进化提供了新的视角,比之前基于雀类研究的观点更为细致

根据可获得的种子的尺寸和形状,雀的鸟喙会进化。这一传统观点是科学界最被认可的事实之一——在加拉帕戈斯群岛开始的研究中,从1830年代查尔斯·达尔文到现代进化生物学家彼得和罗斯玛丽·格兰特的工作,一次又一次地证明了这一点。案子结束了——对吗?

不一定。由史密森尼保护生物学研究所鸟类学家罗素·格林伯格领导的两项新研究,强化了一个新兴理论,即喙的大小也可能是调节温度和保持水分的一种适应。“很少有人会停下来思考,也许这些鸟实际上需要水,”格林伯格指出。

多年前,格林伯格注意到,生活在淡水资源紧张的盐沼中的麻雀,其喙往往比生活在内陆几公里处的同类更大。然后,在2009年,他读到热成像显示,巨嘴鸟通过喙散失了高达60%的体热。这让他开始思考,也许鸟类会根据它们散发或保持热量的需要而进化出更大或更小的喙。


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澳大利亚迪肯大学的生态学家马修·西蒙兹是最早研究喙的大小与纬度(气候的替代指标)之间关系的人之一。“当时有人向我们提出的一个论点是,”西蒙兹说,巨嘴鸟的喙异常大,因此“散热器”现象可能不适用于大多数鸟类。

在7月25日发表在PLoS ONE上的一篇论文中,格林伯格证明了这个论点是错误的。他使用热成像技术,比较了两种微小的鸣雀(Melospiza melodia)亚种。虽然大西洋鸣雀和东部鸣雀的体型几乎相同,但前者的喙的表面积大了17%。格林伯格的团队使用热成像技术计算出,大西洋麻雀通过其较大的喙散失的热量多出33%。

“这个物种有一个相当不起眼的喙,”没有参与这项研究的西蒙兹说。“你可能会想,‘真的,就散热而言,它能有多重要?’33%真的非常深刻。现在看来,它将适用于各种各样的鸟类。”

通常,鸟类通过喘气来释放多余的热量,但这也会导致水分流失。格林伯格假设,一些鸟类可以像兔子的耳朵一样,利用它们的喙作为散热器来散发多余的热量而不会损失水分。在皮肤下,喙具有高度的血管化且未绝缘;如果鸟的血液比周围的空气热,热量将从喙流向周围的空气。格林伯格计算出,通过较大的喙散发多余的热量,大西洋鸣雀比喙较大的东部麻雀节省了大约8%的水分。8%听起来可能不多,但它可以使鸟类在炎热的日子里继续觅食、保卫领地或寻找配偶。

在7月27日发表在《进化》杂志上的第二项研究(pdf)中,格林伯格和他的同事研究了从加利福尼亚海岸收集的鸣雀的喙的大小。通过测量1488个博物馆标本的喙并记录它们的来源,该团队发现温度解释了喙大小变化的40%以上;在最高温度较高的地区,鸟类更有可能拥有较大的喙——但到了一定程度。超过37摄氏度后,喙开始缩小。对于格林伯格和西蒙兹来说,这大致支持了该假设的第二个预测:麻雀的体温约为41摄氏度,热量会流向寒冷的地方。因此,如果气温超过41摄氏度,较大的喙可能会吸收热量并成为一种负担。

上周对于热调节需求影响喙形态的假设来说是重要的一周,但仍有更多工作要做。彼得·格兰特赞扬了这些研究,但在电子邮件中写道:“如果能够证明野生鸟类的健康状况(生存)会因喙大小相关的散热变化而发生变化,那么该假设将得到加强。”

即使新的假设继续获得支持,它也不会否定格兰特夫妇或其他领域研究人员进行的出色研究;格林伯格说,饮食显然是影响喙形态的一个因素。相反,新的研究强调,性状通常是许多不同因素之间妥协的结果。

对于加州大学洛杉矶分校的进化生物学家托马斯·史密斯来说,对该假设日益增长的支持“意味着我们应该重新审视许多我们认为是由觅食生态驱动的工作,并思考热关系。我认为在加拉帕戈斯群岛研究这个问题会特别令人兴奋。”

格林伯格的想法与之相同。他下一步计划做什么?“我将继续努力使鸣雀成为下一个加拉帕戈斯雀,”他说。
 

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