不論是高空翱翔的猛禽，還是可以懸停訪花的蜂鳥(niǎo)，亦或是可以短距離飛行的雉雞，它們的共同點(diǎn)是可以飛行。鳥(niǎo)類是適應(yīng)飛行生活方式的脊椎動(dòng)物。鳥(niǎo)類身體的結(jié)構(gòu)還有一些生理功能都是為了飛翔——這項(xiàng)無(wú)與倫比的能力。但是鳥(niǎo)類的飛行能力在不同類群間又差別很大，例如北極燕鷗（Sterna paradisaea），它們每年在北極繁殖，在南極越冬，一年間要往返，而一些島嶼生活的鳥(niǎo)類則失去了飛行能力，比如說(shuō)沖繩秧雞（Gallirallus okinawae）和弱翅鸕鶿（Phalacrocorax harrisi）。

你知道嗎？鳥(niǎo)類翅膀的長(zhǎng)度和形狀與它們的飛行方式緊密相關(guān)。比如左上圖的翅膀長(zhǎng)而寬，出現(xiàn)在一些猛禽如雕（Ealge）、鵟（Buteo）、鸛（Stork）中，因?yàn)樗鼈儾扇×吮粍?dòng)振翅翱翔的飛行（Passive Soaring）方式。右上圖則是信天翁（Albatross）、鰹鳥(niǎo)（Gannet）、海鷗（Gull）細(xì)長(zhǎng)的翅膀，它們采取主動(dòng)翱翔（Active Soaring）的飛行方式。左下圖則是橢圓形的翅膀（Elliptical Wing），一些雀類（Sparrow）、黑鸝（Blackbird）、松雞類（Grouse）、鶇類（Thrush）、烏鴉（Crow）都是這樣的翅膀，比較適合短距離飛行；還有右下圖這種適合快速飛行的翅膀（High-speed Wing），雨燕（Swift）、隼（Falcon）、鴨子（Duck）、鷸類（Sandpiper），燕鷗（Tern）都是這樣的翅膀。圖片來(lái)源：Ruby’s Birds繪本。

不同鳥(niǎo)類如何飛行和擴(kuò)散是理解和保護(hù)生物多樣性的關(guān)鍵因素。然而，如果使用追蹤器追蹤鳥(niǎo)類的飛行運(yùn)動(dòng)既困難又昂貴。因此，了解鳥(niǎo)類的飛行和運(yùn)動(dòng)的信息仍然存在巨大的困難。特別是對(duì)于一些分布在世界上偏遠(yuǎn)地區(qū)的鳥(niǎo)類來(lái)講。好消息是科學(xué)家從鳥(niǎo)類翅膀的量度提供了線索。

還記得我們?cè)诮衲?月寫的一篇推文“鳥(niǎo)類生態(tài)類型為什么這么分”嗎？研究者們使用鳥(niǎo)類身體的量度作為指標(biāo)來(lái)探討鳥(niǎo)類生態(tài)習(xí)性的差別和進(jìn)化規(guī)律。這次研究者們則是使用了其中提到的一個(gè)量度。就是鳥(niǎo)翼指數(shù)“Hand-Wing Index（簡(jiǎn)稱HWI）”。這個(gè)指數(shù)測(cè)量是的最長(zhǎng)初級(jí)飛羽的長(zhǎng)度（Lw）和第一枚次級(jí)飛羽的長(zhǎng)度（S1）。這兩個(gè)量度之間的差值被稱為是Kipp’s distance (Dk)。而HWI指數(shù)則是用Dk除以Lw，再乘上100。這樣，HWI指數(shù)可以看成考慮到鳥(niǎo)類身體大小后一種標(biāo)準(zhǔn)化的指數(shù)。比較大的HWI數(shù)值反映了該鳥(niǎo)類具有長(zhǎng)而狹窄的翅膀，而數(shù)值小的HWI則表示具有的短而圓的翅膀的鳥(niǎo)類。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，HWI的數(shù)值反映了鳥(niǎo)類的擴(kuò)散能力（下圖c）。

a 鳥(niǎo)類翅膀的量度；b 展示Lw和S1值；c 鳥(niǎo)翼指數(shù)和鳥(niǎo)類的擴(kuò)散能力存在正相關(guān)關(guān)系。圖片來(lái)源：（Sheard et al. 2020）

近期，英國(guó)布里斯托大學(xué)和英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)的研究者們?cè)凇蹲匀煌ㄓ崳∟ature Communications）》上發(fā)表了一項(xiàng)新研究，他們使用來(lái)自全球自然歷史博物館和野外研究測(cè)量的45,801只鳥(niǎo)類的翅膀數(shù)據(jù)，分析了超過(guò)10,000種鳥(niǎo)類的鳥(niǎo)翼指數(shù)。這是對(duì)幾乎所有鳥(niǎo)類種類這個(gè)指數(shù)分布和相關(guān)性狀的首次綜合研究。讓我們快來(lái)看他們的發(fā)現(xiàn)：

首先，他們發(fā)現(xiàn)鳥(niǎo)翼指數(shù)在整個(gè)鳥(niǎo)類中的分布是不均勻的。小美洲鴕鳥(niǎo)（Rhea pennata）的翅膀的HWI指數(shù)存在極小值（0.016）。具有HWI最大值的鳥(niǎo)類您可能猜不到，并不是信天翁，也不是鰹鳥(niǎo)，而是紅隱蜂鳥(niǎo)（Phaethornis ruber）。如果按照鳥(niǎo)的分類階元——目去衡量，平均鳥(niǎo)翼指數(shù)值最低的是鶴鴕目（平均值是0.019），平均值最高的目是鸏形目（平均值69.2）。當(dāng)然從下面的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)上來(lái)看，鳥(niǎo)翼指數(shù)在各個(gè)目之間也是分布不均勻的。相信大家都可以猜到，在一些飛行能力比較強(qiáng)的類群，如海鳥(niǎo)、雨燕、鸻鷸、鸚鵡、鳩鴿、燕子，鳥(niǎo)翼指數(shù)均較大，但是在啄木鳥(niǎo)、雉雞類、還有雀形目的鳥(niǎo)翼指數(shù)都比較低。

鳥(niǎo)類系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)展示全球鳥(niǎo)翼指數(shù)的分布，對(duì)應(yīng)每個(gè)鳥(niǎo)種用藍(lán)色的線表述，線條越長(zhǎng)，值越大。

鳥(niǎo)翼指數(shù)在世界各個(gè)地區(qū)的分布也存在較大的差異。研究團(tuán)隊(duì)繪制了鳥(niǎo)翼指數(shù)全球變化的地圖。從這張圖里面我們可以看出，鳥(niǎo)類整體的鳥(niǎo)翼指數(shù)在北半球高緯度地區(qū)、撒哈拉沙漠和阿拉伯沙漠地區(qū)的平均值較高（下圖a），而較低的數(shù)值更多地分布在熱帶地區(qū)。這個(gè)規(guī)律在雀形目（c）和非雀形目（e）的時(shí)候都有比較一致性的發(fā)現(xiàn)。如果從一個(gè)地區(qū)物種鳥(niǎo)翼指數(shù)變異（b、d、f）來(lái)看，而鳥(niǎo)翼指數(shù)變異較大的地區(qū)在非洲、南亞和東南亞地區(qū)。

鳥(niǎo)翼指數(shù)（HWI）的全球變化。a和b代表了包含了所有鳥(niǎo)類數(shù)值的地圖；c和d代表了雀形目鳥(niǎo)翼指數(shù)種類數(shù)值的地圖；e和f則是非雀形目鳥(niǎo)翼指數(shù)數(shù)值的地圖。

那么問(wèn)題來(lái)了，為什么鳥(niǎo)翼指數(shù)在不同的地區(qū)存在著這么大的差異呢？作者做了進(jìn)一步的分析。他們把鳥(niǎo)翼指數(shù)與鳥(niǎo)類每個(gè)物種的環(huán)境、生態(tài)學(xué)和行為的信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)。他們發(fā)現(xiàn)影響鳥(niǎo)翼指數(shù)這種地理梯度變化主要由三個(gè)關(guān)鍵因素是：溫度變化，鳥(niǎo)類領(lǐng)域防御強(qiáng)烈的程度和遷徙能力。

從下圖上來(lái)看，鳥(niǎo)翼指數(shù)和溫度的變化存在著正相關(guān)關(guān)系，也就是說(shuō)在年季間溫度差異大的地區(qū)，多是長(zhǎng)著又長(zhǎng)又窄翅膀的鳥(niǎo)類分布；同時(shí)擅長(zhǎng)長(zhǎng)距離遷徙的鳥(niǎo)類的鳥(niǎo)翼指數(shù)大，這個(gè)相關(guān)性是比較容易理解的。另外比較有趣的是，領(lǐng)域性比較強(qiáng)的鳥(niǎo)類傾向于短圓的翅膀，也許說(shuō)明了這些領(lǐng)地意識(shí)比較強(qiáng)的類群不需要進(jìn)行擴(kuò)散和遷徙而改變繁殖領(lǐng)域。

鳥(niǎo)翼指數(shù)和一些因素的相關(guān)性研究，橫坐標(biāo)z-score數(shù)值為正則是正相關(guān)，為負(fù)則是負(fù)相關(guān)?？v坐標(biāo)包括和鳥(niǎo)翼指數(shù)進(jìn)行相關(guān)的生物地理、氣候和生態(tài)學(xué)因素。

當(dāng)然，除了上面的相關(guān)性。作者還發(fā)現(xiàn)了一些鳥(niǎo)翼指數(shù)與其他因素的相關(guān)性。比如說(shuō)緯度、食性等。比如我們剛才提到的低緯度地區(qū)的鳥(niǎo)翼指數(shù)比較小，這可能是說(shuō)明熱帶的鳥(niǎo)類多數(shù)是生活在環(huán)境變化比較小的區(qū)域，而且它們本身具有不遷徙的生活史特征。

之前的研究發(fā)現(xiàn)食蟲(chóng)的鳥(niǎo)類具有比較長(zhǎng)的翅膀，因?yàn)檫@些鳥(niǎo)類往往都生活在高緯度地區(qū)，具有長(zhǎng)距離遷徙的能力。這次的結(jié)果體現(xiàn)了熱帶的食蜜鳥(niǎo)類也具有比較長(zhǎng)的翅膀，但是它們的遷徙能力其實(shí)很弱。主要是以蜂鳥(niǎo)為代表的這些鳥(niǎo)類特殊的翅型，造成鳥(niǎo)翼指數(shù)在這個(gè)區(qū)域與鳥(niǎo)類的遷徙成負(fù)相關(guān)。

這個(gè)研究有什么重要的啟示呢？該研究的第一作者，布里斯托大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院的Catherine Sheard博士說(shuō)：“這種地理格局確實(shí)令人驚訝。我們知道，生物的擴(kuò)散能力對(duì)于物種形成和物種相互作用這些生態(tài)、進(jìn)化過(guò)程中具有重要的作用。我們研究揭示出來(lái)的這些相關(guān)性，說(shuō)明地球的自然環(huán)境和物種擴(kuò)散能力也正在影響生物多樣性分布。”

地球環(huán)境的變化、生態(tài)因素和物種本身的形態(tài)特征會(huì)共同影響著物種的擴(kuò)散行為，動(dòng)物的擴(kuò)散能力使得動(dòng)物可以主動(dòng)逃避捕食風(fēng)險(xiǎn)、惡劣氣候的因素，擴(kuò)展分布區(qū)，因此影響著一個(gè)物種的分布和分化。從這個(gè)意義上來(lái)講，“擴(kuò)散行為對(duì)于生物的生態(tài)和保護(hù)起到了重要的作用，也許這一萬(wàn)種鳥(niǎo)類翅膀的數(shù)據(jù)還有更多的用途”。這項(xiàng)研究的領(lǐng)導(dǎo)者，來(lái)自倫敦帝國(guó)理工的約瑟夫·托比亞斯（Joseph Tobias）博士補(bǔ)充說(shuō)。

當(dāng)我們?cè)谝巴庥^鳥(niǎo)的時(shí)候，我們會(huì)看到各種鳥(niǎo)類的翅膀的形狀和它們的飛行能力?？戳私裉旖榻B的這個(gè)研究，你是不是也了解了，原來(lái)鳥(niǎo)類翅形的進(jìn)化與這么多的因素有關(guān)呢？

參考文獻(xiàn)略

文章來(lái)源：推鳥(niǎo)

編輯：Pierre

來(lái)源: 推鳥(niǎo)