根據可獲得的種子的尺寸和形狀,雀的鳥喙會進化。這一傳統觀點是科學界最被認可的事實之一——在加拉帕戈斯群島開始的研究中,從1830年代查爾斯·達爾文到現代進化生物學家彼得和羅斯瑪麗·格蘭特的工作,一次又一次地證明了這一點。案子結束了——對嗎?
不一定。由史密森尼保護生物學研究所鳥類學家羅素·格林伯格領導的兩項新研究,強化了一個新興理論,即喙的大小也可能是調節溫度和保持水分的一種適應。“很少有人會停下來思考,也許這些鳥實際上需要水,”格林伯格指出。
多年前,格林伯格注意到,生活在淡水資源緊張的鹽沼中的麻雀,其喙往往比生活在內陸幾公里處的同類更大。然後,在2009年,他讀到熱成像顯示,巨嘴鳥透過喙散失了高達60%的體熱。這讓他開始思考,也許鳥類會根據它們散發或保持熱量的需要而進化出更大或更小的喙。
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澳大利亞迪肯大學的生態學家馬修·西蒙茲是最早研究喙的大小與緯度(氣候的替代指標)之間關係的人之一。“當時有人向我們提出的一個論點是,”西蒙茲說,巨嘴鳥的喙異常大,因此“散熱器”現象可能不適用於大多數鳥類。
在7月25日發表在PLoS ONE上的一篇論文中,格林伯格證明了這個論點是錯誤的。他使用熱成像技術,比較了兩種微小的鳴雀(Melospiza melodia)亞種。雖然大西洋鳴雀和東部鳴雀的體型幾乎相同,但前者的喙的表面積大了17%。格林伯格的團隊使用熱成像技術計算出,大西洋麻雀透過其較大的喙散失的熱量多出33%。
“這個物種有一個相當不起眼的喙,”沒有參與這項研究的西蒙茲說。“你可能會想,‘真的,就散熱而言,它能有多重要?’33%真的非常深刻。現在看來,它將適用於各種各樣的鳥類。”
通常,鳥類透過喘氣來釋放多餘的熱量,但這也會導致水分流失。格林伯格假設,一些鳥類可以像兔子的耳朵一樣,利用它們的喙作為散熱器來散發多餘的熱量而不會損失水分。在皮膚下,喙具有高度的血管化且未絕緣;如果鳥的血液比周圍的空氣熱,熱量將從喙流向周圍的空氣。格林伯格計算出,透過較大的喙散發多餘的熱量,大西洋鳴雀比喙較大的東部麻雀節省了大約8%的水分。8%聽起來可能不多,但它可以使鳥類在炎熱的日子裡繼續覓食、保衛領地或尋找配偶。
在7月27日發表在《進化》雜誌上的第二項研究(pdf)中,格林伯格和他的同事研究了從加利福尼亞海岸收集的鳴雀的喙的大小。透過測量1488個博物館標本的喙並記錄它們的來源,該團隊發現溫度解釋了喙大小變化的40%以上;在最高溫度較高的地區,鳥類更有可能擁有較大的喙——但到了一定程度。超過37攝氏度後,喙開始縮小。對於格林伯格和西蒙茲來說,這大致支援了該假設的第二個預測:麻雀的體溫約為41攝氏度,熱量會流向寒冷的地方。因此,如果氣溫超過41攝氏度,較大的喙可能會吸收熱量併成為一種負擔。
上週對於熱調節需求影響喙形態的假設來說是重要的一週,但仍有更多工作要做。彼得·格蘭特讚揚了這些研究,但在電子郵件中寫道:“如果能夠證明野生鳥類的健康狀況(生存)會因喙大小相關的散熱變化而發生變化,那麼該假設將得到加強。”
即使新的假設繼續獲得支援,它也不會否定格蘭特夫婦或其他領域研究人員進行的出色研究;格林伯格說,飲食顯然是影響喙形態的一個因素。相反,新的研究強調,性狀通常是許多不同因素之間妥協的結果。
對於加州大學洛杉磯分校的進化生物學家托馬斯·史密斯來說,對該假設日益增長的支援“意味著我們應該重新審視許多我們認為是由覓食生態驅動的工作,並思考熱關係。我認為在加拉帕戈斯群島研究這個問題會特別令人興奮。”
格林伯格的想法與之相同。他下一步計劃做什麼?“我將繼續努力使鳴雀成為下一個加拉帕戈斯雀,”他說。