羽毛是一種質(zhì)地光滑、結(jié)構(gòu)精巧的物質(zhì)，是生物演化上的創(chuàng)新。它們幫助鳥(niǎo)類(lèi)實(shí)現(xiàn)飛行，但除了用于飛行的堅(jiān)硬飛羽之外，鳥(niǎo)類(lèi)還在其身體和最外層的輪廓羽毛之間保留了一層柔軟而蓬松的羽絨，用于調(diào)節(jié)體溫 。


絨羽的細(xì)節(jié)照片，羽小支間沒(méi)有羽小鉤連接，因此顯得蓬松柔軟。圖片來(lái)源：史密森自然歷史博物館

史密森國(guó)家自然歷史博物館的彼得·巴克研究員薩哈斯·巴爾夫（Sahas Barve）使用該博物館收藏的鳥(niǎo)類(lèi)標(biāo)本進(jìn)行了一項(xiàng)新研究。他對(duì)喜馬拉雅山脈分布的249種雀形目鳥(niǎo)類(lèi)的羽毛進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高海拔地區(qū)的鳥(niǎo)類(lèi)相較低海拔的種類(lèi)擁有更多的蓬松絨羽。一些鳥(niǎo)類(lèi)的絨羽（如雁形目種類(lèi)）也會(huì)被人類(lèi)收集起來(lái)，作為填充衣物的羽毛類(lèi)型。


高海拔生活的黑喉紅尾鴝（Phoenicurus hodgsoni）看起來(lái)胖乎乎毛茸茸的。圖片來(lái)源：史密森自然歷史博物館

該研究于2021年2月15日發(fā)表在國(guó)際生態(tài)學(xué)著名期刊《Ecography》上（如下圖），該研究還發(fā)現(xiàn)，體形較小的雀形目鳥(niǎo)類(lèi)比體型較大的種類(lèi)散發(fā)熱量的速度更快，因此它們的絨羽厚度往往與它們的體型成反比，也就是說(shuō)小型鳥(niǎo)類(lèi)的“絕緣層”更厚。


該論文的期刊和標(biāo)題，圖片來(lái)源：論文截圖

在如此眾多的物種中發(fā)現(xiàn)如此清晰的結(jié)果，突顯出羽毛對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)適應(yīng)環(huán)境的能力有多重要，并暗示添加絨羽的數(shù)量可能是所有鳴禽趨同的生存適應(yīng)策略。此外，來(lái)自較冷環(huán)境的鳥(niǎo)類(lèi)往往長(zhǎng)有更厚的絨羽，可以幫助研究人員僅通過(guò)研究羽毛來(lái)預(yù)測(cè)哪些鳥(niǎo)類(lèi)最容易受到氣候變化的影響。

“喜馬拉雅山脈的氣候變暖速度最快。 同時(shí)，氣候變化正在推動(dòng)暴風(fēng)雪等極端寒冷事件的頻率和強(qiáng)度增加。 能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)鳥(niǎo)類(lèi)可以承受的溫度可以為我們提供一種新的工具來(lái)預(yù)測(cè)某些物種對(duì)氣候變化的反應(yīng)。” 這項(xiàng)研究的第一作者薩哈斯·巴爾夫博士如是說(shuō)。

這項(xiàng)研究的靈感來(lái)自喜馬拉雅山肖克-喀爾喀（Sho-kharkh）森林的一個(gè)寒冷的早晨，正在開(kāi)展野外研究的薩哈斯觀察到一只戴菊（Regulus regulus）。薩哈斯很是好奇，這只體重還不如一茶匙糖重（5-6克）的鳥(niǎo)類(lèi)如何能夠在冰天凍地的樹(shù)枝之間飛來(lái)飛去，而他自己已經(jīng)被這徹骨的嚴(yán)寒凍得手腳麻木。當(dāng)薩哈斯把雙手伸回到厚外套的口袋里取暖時(shí)，他的腦海中浮現(xiàn)的問(wèn)題是“喜馬拉雅山區(qū)的鳥(niǎo)類(lèi)會(huì)穿防寒外套嗎？”。


冬天在北京圓明園里拍到的戴菊，它也是看起來(lái)胖乎乎毛絨絨的，穿了一層天然的“羽絨服”，攝影：婁方洲

為了回答這個(gè)問(wèn)題，薩哈斯和他的合作者使用顯微鏡拍攝了史密森尼博物館收藏的1,715個(gè)雀形目標(biāo)本的胸部羽毛照片，這些標(biāo)本代表了來(lái)自喜馬拉雅山脈高海拔寒冷地帶分布的249種鳥(niǎo)類(lèi)。然后，薩哈斯和他的合作者使用這些超級(jí)詳細(xì)的照片來(lái)確定每根羽毛的絨毛部分長(zhǎng)度相對(duì)于其總長(zhǎng)度的確切比例（見(jiàn)下圖）。與大多數(shù)鳥(niǎo)類(lèi)飛羽的流線型末端相比，該團(tuán)隊(duì)能夠通過(guò)觀察每根羽毛靠近基部的蓬松絨毛部分來(lái)做到這一點(diǎn)。在仔細(xì)記錄了所有這些絨毛部分的相對(duì)長(zhǎng)度之后，薩哈斯的分析結(jié)果顯示，體型最小的鳥(niǎo)類(lèi)和那些生活在更冷的高海拔的鳥(niǎo)類(lèi)在其身體羽毛上的絨羽比例最高。


從羽毛的放大圖中可以看出羽毛靠近根部的絨羽部分，大約占了這片羽毛的一半。圖片來(lái)源：史密森自然歷史博物館

分析表明，高海拔地區(qū)的鳥(niǎo)類(lèi)羽毛中絨羽的含量高達(dá)25%，最小的鳥(niǎo)類(lèi)的羽毛長(zhǎng)度是最大的鳥(niǎo)類(lèi)的三倍，與它們的體型成比例（見(jiàn)下圖）。過(guò)去的研究表明，來(lái)自較冷棲息地的鳥(niǎo)類(lèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)增加了絨毛隔熱性。但薩哈斯表示，這是第一項(xiàng)針對(duì)寒冷環(huán)境中海拔4500米以上的大量物種分析這種模式的研究。 薩哈斯說(shuō)：“看到如此眾多物種之間的這種相關(guān)性，可以說(shuō)明我們的結(jié)果應(yīng)該具有普適性，這些結(jié)果表明所有雀形目鳥(niǎo)類(lèi)都可能表現(xiàn)出這種模式。


隔熱羽毛結(jié)構(gòu)，高度和體型之間的關(guān)系。 （A–D）在數(shù)據(jù)集中描述249種物種中羽毛的結(jié)構(gòu)，高度和體型之間的關(guān)系。 橙色點(diǎn)代表具有熱帶進(jìn)化起源的分類(lèi)單元，而紫色點(diǎn)代表溫帶起源的分類(lèi)單元。 線表示基于線性回歸模型變量之間的預(yù)測(cè)關(guān)系，誤差帶表示標(biāo)準(zhǔn)誤差。 （A）在溫帶和熱帶鳥(niǎo)類(lèi)類(lèi)群中，絨毛部分的比例隨海拔的升高而增加，但（B）相對(duì)羽毛長(zhǎng)度隨海拔的升高并沒(méi)有顯著變化。 （C）喜馬拉雅鳥(niǎo)類(lèi)的絨羽部分比例和體重的關(guān)系，所以（D）相對(duì)羽毛長(zhǎng)度均隨體重增加顯著下降（來(lái)自Barve et al. 2021）。

博物館羽毛鑒定實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人卡拉·多夫（Carla Dove）表示，她很高興與薩哈斯合作以一種新的方式使用史密森自然歷史博物館的鳥(niǎo)類(lèi)藏品，她說(shuō)：“如果沒(méi)有史密森自然歷史博物館的藏品，我們將永遠(yuǎn)無(wú)法看待這么多不同的物種并獲得這種趨同的進(jìn)化模式。”

這項(xiàng)研究的另一個(gè)特色是，它在華盛頓特區(qū)市中心的史密森自然歷史博物館中進(jìn)行，而不是研究者親自去喜馬拉雅山野外研究這些鳥(niǎo)類(lèi)。這種便利使得薩哈斯能夠在新冠病毒席卷全球之前迅速收集所需的數(shù)據(jù)，然后可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。” 薩哈斯說(shuō)，他目前繼續(xù)開(kāi)展研究，以實(shí)驗(yàn)的手段來(lái)分析鳥(niǎo)類(lèi)從其羽毛中獲得了多少絕熱，然后將其與羽毛的結(jié)構(gòu)和羽絨的比例聯(lián)系起來(lái)。

薩哈斯的目標(biāo)是有朝一日開(kāi)發(fā)出一種數(shù)據(jù)模型，該模型將使科學(xué)家能夠觀察羽毛的結(jié)構(gòu)并預(yù)測(cè)其為鳥(niǎo)類(lèi)提供了多少隔熱性，這項(xiàng)功能可以幫助研究人員確定易受氣候變化影響的物種。論文的合作者多夫說(shuō)，利用這些結(jié)果最終使人們了解到鳥(niǎo)類(lèi)應(yīng)對(duì)氣候變化的潛力，也凸顯了自然歷史博物館標(biāo)本收藏的重要性。多夫說(shuō)“在過(guò)去的200年中，我們收集了62萬(wàn)只鳥(niǎo)類(lèi)標(biāo)本，這些標(biāo)本一直在為薩哈斯這樣的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（見(jiàn)下圖）。我們不知道我們的標(biāo)本將被用于什么樣的科學(xué)研究；這就是為什么我們必須維護(hù)它們并不斷增加新的標(biāo)本。這些珍貴的歷史標(biāo)本可以幫助人類(lèi)用來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)。”

看完這個(gè)研究，小編覺(jué)得這個(gè)研究的結(jié)果似乎是不言自明的。但是這個(gè)研究的精彩之處是用科學(xué)的方法證明了一個(gè)看似簡(jiǎn)單的道理，也許這就是科學(xué)吧！

參考文獻(xiàn)略

來(lái)源: 推鳥(niǎo)