版权归原作者所有,如有侵权,请联系我们

蜂鸟战士:鸟喙演化的战火与硝烟 | 科普小课堂

中国绿发会
长期致力生态文明建设、生物多样性保护与绿色发展
收藏

在南美洲的热带地区,蜂鸟必须为食物而竞争,演化已经彻底改变了它们的喙。拍摄人:克里斯蒂娜·赫姆

如果你想知道蜂鸟真实的一面,最好不要通过诗歌来了解它们。

Bird-beam of the summer day,

你的喙有如夏日般璀璨

Whither on your sunny way?

你在烈日下的身影将飞向何方?

Whither?

何方?

Probably off to have a bloodcurdling fight, that’s whither.

也许正在前往一场血腥决斗的路上。

这是约翰·万斯·切尼(John Vance Cheney)的诗歌,但先不要急着指出问题。作为一名才华横溢的诗人,约翰被蜂鸟艳丽的色彩和娇小的身姿深深地吸引,可惜他没有注意到蜂鸟急速跳动的心脏中燃烧着“斗争的烈焰”。

哥伦比亚森林中发现的齿嘴蜂鸟(Androdon aequatorialis),其喙已演化成战斗形态。克里斯蒂娜·赫姆供图

科学家已经知道武斗是蜂鸟生活中很常见、很普遍的一种行为,但科学家也有自己的盲区。含有花蜜的花朵和蜂鸟吸食花蜜的细长鸟喙高度匹配,这一事实清楚地表明,蜂鸟的外形是协同演化的产物。

很明显,从演化的角度来看,植物是蜂鸟形成这种喙的决定因素。植物需要可靠的授粉中介,于是把花朵演化成需要细长的喙才能采蜜的形状,而蜂鸟的喙遵循了这一演化需求。

来自加州大学伯克利分校(University of California,Berkeley)的亚历杭德罗·里科-格瓦拉(Alejandro Rico-Guevara)和他的同事最近在美国的整合生物学报(Integrative Organisimal Biology)发表了一篇论文,对过去十年的研究进行了梳理和总结。他们公布了通过高速摄影收集到的视频证据。这些证据表明,雄性蜂鸟是如何使用喙这种致命武器的。

和大角羊(Ovis canadensis)的角或锹甲巨大的下颚一样,蜂鸟用它们的喙来击退竞争对手,从而获得配偶的芳心。这就是性选择——自然选择的另一重身份。在这个过程中,交配机会的提升是主导力量。

雄鸟用喙来刺伤和防御其它雄鸟,还会佯攻和回避。有时还会把另一只鸟从栖木上打下来。一些蜂鸟甚至有钩状的喙尖,以及像鲨鱼一般的锯齿状牙齿。里科-格瓦拉博士的高速摄影显示,雄鸟会用爪子撕扯另一只鸟的羽毛。

辉紫耳蜂鸟(Colibri Coruscans)喙尖的两性异形标本的照片。

以上只是里科博士和他同事的其中一项新发现,其它发现还包括蜂鸟摄入糖分的特殊方式,汲取花蜜时舌部的动作,以及蜂鸟喙形的演化过程。这些发现改变了人们以往对蜂鸟的认识。

加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学(University of British Columbia)的鸟类学家道格拉斯·阿特舒勒(Douglas Altshuler)表示,里科-格瓦拉博士是一个做事彻底,关注细节的人,他将蜂鸟研究推向了新的高度。“我认为里科的研究工作做得很好。”他说。

理查德·普鲁姆(Richard Prum)是美国耶鲁大学的一名鸟类学家,研究的是导致雄鸟极致第二性征的演化过程。理查德也高度评价了这项研究:“我喜欢这个家伙,喜欢他的工作。”

里科-格瓦拉博士在哥伦比亚国立大学读本科时就开始研究蜂鸟。他的导师是加里·斯泰尔斯(Gary Stiles),一位研究蜂鸟的权威专家。在他的指导下,里科-格瓦拉博士完成了学位论文,研究的是蜂鸟如何捕食昆虫,作为采食花蜜(只含糖分)之外的营养补充。

几乎同时,康涅狄格大学的演化生物学家玛格丽特·A·鲁贝加在《自然》杂志上发表了一篇论文,题目是蜂鸟如何弯曲喙来捕捉昆虫。于是事情发生奇妙的联系,里科-格瓦拉博士最终来到了康涅狄格大学,和鲁贝加博士一起研究蜂鸟的舌头。

加州大学伯克利分校的蜂鸟专家亚历杭德罗·里科-格瓦拉(Alejandro Rico-Guevara)和他家中喂食器旁的安娜蜂鸟(Calypte anna)。彼得·普拉托/纽约时报

对蜂鸟舌头的研究是开创性的。关于鸟类如何吸食花蜜,学界主流观点是鸟喙和舌头的形状造成了毛细现象,因此在表面张力的作用下,液体能够抵抗重力并升高(参见参考文献2,文后链接可阅读全文)。

这是当狭长的管子深入液体时,或者毛刷接触油漆时就会发生的现象,尽管只有尖端接触到液体。

蜂鸟的舌头上裹满了花蜜,即使只是在舌尖浸入蜜水中。

里科-格瓦拉博士和鲁贝加博士的研究表明,蜂鸟的进食方式与主流观点完全不同:当分叉的舌尖缩回狭窄的喙时,它们便已成功“获取”了大量的花蜜(如上图)。

蜂鸟生性好斗,雌鸟也不例外。但只有少数鸟种拥有武装的喙。里科-格瓦拉博士发现雄鸟会主动挑起争端,以争夺最佳交配场所。

某些种类的雄鸟会聚集在求偶场地,这里通常没有它们赖以为生的花朵。在列克群岛上,每只雄鸟都有自己的领地,反而是雌鸟到处沾花惹草。

这些领地的面积差别很大。一片典型的领地,其面积约为270平方英尺,相当于纽约市一套小型公寓。领地中央是核心地段,雄鸟用那如剑一般锋利的喙打下属于自己的地盘,并保护好领地的核心地段。

一只黑喉芒果蜂鸟(Anthracothorax nigricollis)正在和另外一只小紫耳蜂鸟(Colibri cyanotus)打架。拍摄于哥伦比亚一家咖啡农场( Finca el Colibrí Gorriazul)内。摄影:克里斯蒂安·伊里安供图

其它拥有武装的喙的蜂鸟,其雄鸟会在最富饶的花丛中建立交配场所,并击退竞争对手。里科·格瓦拉博士表示,对它们来说,自己采蜜的效率高不高并不重要——“只要别让其它竞争对手接近花朵就行了。”

蜂鸟研究是一个高速发展的新兴领域,从它们飞行时的空气动力学到它们如何吸食花蜜等方方面面。

“你在动物身上能够测量到的任何指标,比如新陈代谢,都很极致。”阿特舒勒博士表示。“而极致的另一种体现,是它们外形的特化。”

里科-格瓦拉博士认为,蜂鸟提供了“探索生理极限的机会”。在脊椎动物中,它们的新陈代谢速率最高,而且它们擅长“自然界中最奢华的运动形式”——空中悬停(参见推鸟文章了解蜂鸟高超飞行技巧的研究)。

巧的是,悬停正好是飞行器设计者非常感兴趣的一种飞行姿态。“人人都想复现蜂鸟的飞行技巧,”博士说。

不同飞行状态下蜂鸟的振翅方式也不相同。图片来源于书籍:The World of Birds 作者:Jonathan Elphick

美国加州大学河滨分校(University of California,Riverside)的生物学家克里斯·克拉克(Chris Clark)表示,这些鸟在实验中也很有用。克拉克曾与里科-格瓦拉博士合作研究蜂鸟的飞行。

这些蜂鸟会随时飞向喂食器。人类的存在并没有使它们退缩。并且,“它们在实验仪器“风洞”和笼子里飞得也很好。”

里科-格瓦拉博士实验室墙上的海报(左),还有一只雄性锯嘴蜂鸟(Ramphodon naevius),它分叉的舌头清晰可见。左图:彼得·普拉托/纽约时报;克里斯蒂娜·赫姆

蜂鸟的行为也很有趣,已有证据表明它们十分擅长学习。克拉克博士表示,考虑到蜂鸟的活动始终在其能量极限附近徘徊,有人猜想它们可能需要出色的记忆力,以便寻找食物来源(参见推鸟的文章:小小的蜂鸟具有非凡的大脑)。

在列举蜂鸟研究的许多领域时,里科-格瓦拉博士承认,他被蜂鸟吸引还有另外一个原因。

“我被它们无与伦比的个性深深折服。”他说,“它们毫不畏惧,来到你身边探究你正在做的事情,总是充满好奇。”

里科-格瓦拉博士表示,希望在科学研究的道路上,“我的好奇心赶得上这些蜂鸟。”

参考文献略

文章来源:推鸟

评论
通辽市科尔沁区科尔沁街道民航社区
大学士级
蜂鸟的外形是协同演化的产物。
2022-09-07
飞马腾空
太师级
2022-09-07
宁远县陈世权
少师级
已阅
2022-09-07