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鳥類生態類型為什么這么分?

媒體:推鳥  作者:CrazyBirdy
專業號:紅樹林基金會
2020/6/8 8:51:58

按照世界鳥類學家聯合會(International Ornithologists’ Union)最新新的世界鳥類名錄(IOC World Bird List )10.1版顯示,世界上有現生鳥類10770種。如果我們每天認識1種鳥類,那么認全它們大約需要29年半的時間。

IOC World Bird List 網站截圖

對熱衷觀察鳥類和研究鳥類的人來說,這個任務或許艱巨,但是絕對讓人興奮,甚至根本不需要29年半的時間。但對于初學者來說,由于缺乏分類學知識,且對鳥類物種關系不熟悉,因而感覺入門很難。學習一點鳥類分類學知識,特別是熟悉它們的分類地位能夠幫助大家更好的記憶和梳理鳥類種類。

鳥類分類學家用目、科、屬來確定每一種鳥類分類地位。如果按照分類地位的梳理,IOC的世界鳥類名錄把鳥綱的10770種鳥類歸入40個目、250個科、2322個屬。當然分類地位往往都是人為劃分的,演化生物學家更愿意使用系統演化樹把鳥類演化的規律和關系搞得明明白白。

全世界的鳥類的系統進化樹,來自Jetz et al. 2012

目級別的鳥類演化關系的比較。圖片來源于Stiller & Zhang 2019

要把這些目、科、屬梳理清楚并不是一件容易的事情。對剛開始觀鳥的人來說,最基礎的課程是學會如何將你觀察到的鳥類進行“鳥類生態類型”劃分,簡單來說就是根據鳥類的生態習性及形態特點,將其大致分為鳴禽、攀禽、陸禽、猛禽、涉禽和游禽等各種不同的生態類型。這樣當我們看到一只鳥時,即便不認識,也能夠根據它的形態特征和習性將它對應到某一種鳥類生態類型上,從而提高記憶相關鳥類知識的效率。

比如說鴨子、潛鳥、??都擅長在水里游泳,被稱為是“游禽”;鷺類、鶴類、鸻鷸類具有“嘴長、腿長、脖子長”的特點,擅長在淺水區涉水生活,被歸為“涉禽”;有著強有力的足趾,捕食其它動物的鷹、隼、鸮都是“猛禽”;足趾不是常規的“三前一后”的鳥類(關于鳥類的足趾講解可以來看看可萊老師的自然筆記),往往被稱為“攀禽”,如啄木鳥、翠鳥、蜂虎、杜鵑、夜鷹、雨燕都是這個類群;還有擅長在地面活動的“陸禽”,包括雉類、鳩鴿類;還有占鳥類多樣性一半以上的雀形目,因為擅于鳴唱,被稱為是“鳴禽”。

這么一來可能就有人會問了,鳥類生態類型為什么這樣劃分?了解鳥類生態類型對搞清楚鳥類的系統演化關系又有什么幫助呢?近期,來自英國倫敦大學Alex Pigot博士和帝國理工大學Jose Tobias教授領導的研究人員團隊于今年1月在Nature Ecology and Evolution上發表的一篇文章(如下圖),向我們揭示了鳥類形態演化的規律,文章指出鳥類趨同宏演化關系與它們的形態和生態功能密切相關。

研究團隊訪問了世界各地的自然歷史博物館,查詢了將近10,000種物種的標本,幾乎涵蓋了超過99%的已知現生鳥類。它們使用了9種鳥類體測量量度,包括測量喙的長度、寬度、厚度,以及跗趾骨、翅膀腕掌骨到最長初級飛羽和次級飛羽最遠端長度、尾羽長度、體重等數據,并把這些數據與鳥類的食性和覓食行為方式進行了比較研究。

9種鳥類身體測量指標,圖片來源于Pigot et al. 2020

基于在進化樹上“親緣關系較近的物種在生態功能上往往比親緣關系遠的物種更為相似”這一重要的前提假設,研究團隊建立了全世界鳥類的系統演化與每種鳥類的身體形態與生活方式(包括食性)之間的關系。這是第一次以如此大的規模數據量來研究鳥類的生態功能。

不同的鳥類有著不同的取食方式,例如有些鳥類擅于在半空中捕食昆蟲、有些則擅于在水下捕食,還有的鳥類食腐或者主要捕食地面上的無脊椎動物等。這幅圖說明取食不同的食物鳥類也有著不同的取食方式,我們可將其看作是鳥類不同的取食“生態位”,或者是鳥類在生態系統上的功能。圖片來源于Pigot et al. 2020

該團隊的研究結果符合預期,驗證了我們上文所描述的鳥類生態類型劃分:即一些生活方式或取食偏好類似的鳥類可以演化出了相似的形態特征。換句話說,我們通過鳥類身體性狀所反映出來特點就能預測鳥類的生活方式和生態系統功能。

世界上鳥類體重、喙型和體型的分布圖,圖a顯示大多數鳥類的體重在10-100克之間,古巴的吸蜜蜂鳥是最輕的鳥類,而非洲鴕鳥則是世界上最重的鳥類,圖b和c顯示,大多數鳥類的喙和體型都比較中規中矩。圖片來源于Pigot et al. 2020

我們可以舉出很多例子來印證這個結論:

1、在天空上快速飛行滑翔能力極強的鳥類往往都有狹長的翅膀,例如雨燕和信天翁;

2、善于在地面活動的物種它們的跗趾更長,例如云雀和鷚;

3、北半球生活的海雀科鳥類的體型和南半球的企鵝一樣憨態可掬,它們都有適應在水里捉魚的喙,流線型的身體和鰭狀的翅膀;

4、鷹、雕、隼還有貓頭鷹,這些猛禽,都具有鋒利爪和喙,適應于食肉的生活。

根據鳥類的食性和形態劃分的營養級,圖片來源于Pigot et al. 2020

從這些例子上我們看出,在親緣關系上相對較遠的種類也可因為是適應相似的取食生態位,而產生相近的形態(如下圖)。沒錯,這就是“趨同演化”,它并不是什么新的概念。這個研究還對鳥類的很多適應輻射類群的分析說明,趨同演化在鳥類演化中多次出現。

形態(生態位)相近、但是演化關系較遠的鳥類。例如太陽鳥和蜂鳥,一個分布在亞洲和非洲大陸,另一個則分布在美洲,但由于它們都吃花蜜,因而都有著細長且彎曲易于深入花冠的喙,身型也類似。圖片來源于Pigot et al. 2020

對于這個研究,我們可能還有其他的解讀,該研究的第一作者,來自英國倫敦大學Alex Pigot博士說:“我們的結果表明,演化是可預見的過程。這就好比如果我們要“重播生命起源的磁帶”,那么演化很可能最終導致產生和現今地球上形態非常相似的生物。

除了在生態和演化上的意義,本研究還具有重要的保護價值。“能夠量化每種鳥類在生物圈功能中的重要作用,對于理解當前物種滅絕和氣候危機的影響至關重要。” 帝國理工大學Jose Tobias教授說:“我們的研究展示了身體形態與功能之間的聯系具有某些潛在的重要應用,它可以為使用類似數據調查生物多樣性在生態系統中的作用鋪平了道路。例如,鑒于許多鳥類具有重要的生態功能,例如為植物授粉,傳播種子或控制害蟲(參考我們之前介紹過“鳥類究竟有多大的經濟價值”的文章),該數據庫可幫助科學家了解和預測物種的喪失將如何影響生態系統健康。

小編讀完這篇論文所獲得的啟發是:鳥類的形態反應了它們的生活方式和生態類型??磥眸B類的生態類群仍然是我們認識鳥類習性的重要概念。還有鳥類中趨同演化的例子比比皆是,您能想到哪些鳥類的例子呢?請在留言中告訴我們吧。

 

參考文獻

1. Gill F, D Donsker & P Rasmussen  (Eds). 2020. IOC World Bird List (v10.1). doi :  10.14344/IOC.ML.10.1.

2. Jetz, W., Thomas, G. H., Joy, J. B., Hartmann, K., & Mooers, A. O. (2012). The global diversity of birds in space and time. Nature, 491(7424), 444-448.

3. Stiller, J., & Zhang, G. (2019). Comparative phylogenomics, a stepping stone for bird biodiversity studies. Diversity, 11(7), 115.

4. Pigot, A. L., Sheard, C., Miller, E. T., Bregman, T. P., Freeman, B. G., Roll, U., ... & Tobias, J. A. (2020). Macroevolutionary convergence connects morphological form to ecological function in birds. Nature Ecology & Evolution, 1-10.

5. https://phys.org/news/2020-01-global-database-bird-species-body.html

 


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