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迁徙的鸟儿羽色更浅?

羽毛的颜色与迁徙的距离有何关系?| 图源:pexels.com

编者按

羽毛的颜色与迁徙的距离有何关系?德国和新西兰的科学家发现,迁徙鸟儿的羽色比留鸟更浅。

撰文 | 吴蕾

责编 | 陈晓雪

五彩缤纷的羽色是鸟类令人叹为观止的特征之一。鲜艳的羽色除了体现出不同物种独具特色的 “审美” 偏好之外,也与鸟类的生态习性和生存环境有着密切的联系。由于深色更容易吸收热量,因此在不考虑其他因素的影响下,寒冷地区的生物颜色应该更深——这称为Bogert法则 [1]。尽管此理论是基于变温动物提出的,但诸多研究均表明环境温度和热量权衡也影响了鸟类的体表颜色 [2-4]。换言之,羽色在鸟类的热量调节中也扮演了重要的角色。

今年两个研究不约而同地指出,迁徙个体在白天的飞行高度高于夜间 [5, 6],可能是为了用更高的海拔高度(更低的温度)来抵消白天太阳辐射带来的影响。这进一步暗示了对于迁徙鸟类而言,热量调节是一项不可避免的挑战。

那么羽色的深浅是否也在迁徙过程中起到了热量调节的作用呢?2015年有研究使用489个雌雄同色物种进行分析,发现羽色较浅与迁徙行为相关;但研究同时还提到了在亚热带地区繁殖、雄性参与育雏等一系列生态、行为因素,且没有排除气候等干扰因素的影响 [7]。因此,羽色究竟是否与迁徙有关依然是一个悬而未决的问题。

在2021年12月6日发表于《当代生物学》的文章中,德国马克斯·普朗克鸟类研究所(Max Planck Institute for Ornithology)和新西兰梅西大学(Massey University)的研究人员基于《世界鸟类手册》(Handbook of the birds of the world)(birdsoftheworld.org)中的图片,对10618个鸟类物种(共22325张图片)的羽色和迁徙行为的关联性进行了研究 [8]。

迁徙鸟类羽色更浅 

作者将鸟类分为留鸟(resident)、短距离迁徙候鸟(short-distance migrants,迁徙距离<2000公里)、可变迁徙候鸟(variable migrants,仅有部分种群迁徙距离>2000公里)和长距离迁徙候鸟(long-distance migrants,迁徙距离>2000公里)。在控制了气候、栖息地类型、体型和性别等因素的影响后,他们发现留鸟的羽色比短距离迁徙候鸟的羽色更深(雌性 p<0.001,雄性 p=0.014),且显著地比长距离迁徙候鸟更深(雌性 p=0.004,雄性 p=0.0036)。(图1) 

图1 迁徙距离与羽色深浅的关联性 | 图源[8] 

从留鸟到长距离迁徙鸟,迁徙的距离逐步增加,羽色也呈现出一个逐渐变浅的模式。以上的研究结论是基于将迁徙距离按照2000公里为界限划分得出的,也就是将迁徙距离视为了一个分类变量。那么去除掉这一层人为处理会得出一致的结论吗?作者统计发现,即使将迁徙距离视为一个连续变量(使用原始的迁徙距离值),这种趋势也仍然存在。

 

分类影响到统计结果了吗? 

在鸟类中,不同类群的物种形成速率不同,那么会不会有一些特殊的类群(例如分化快、物种数多的类群)对统计结果产生了较大的影响呢? 

为了消除这种影响,作者们又将鸟类按照所属的目(生物分类的级别为:界、门、纲、目、科、属、种)进行划分,再次进行分析。(图2)统计显示,12个目(包含雀形目、鹃形目、雁形目、鸽形目等)的鸟儿羽色明度与迁徙距离呈现正相关关系,其中7个目的结果具有统计显著性,与前述的结果一致;3个目则呈现出负相关关系,即迁徙距离越长羽色越暗,但并不具有统计显著性。

图2 15个目的鸟儿羽色与迁徙距离的相关性 | 图源[8]

 

迁徙中的热量权衡 

羽色与迁徙之间存在密切的联系,那么为什么还有一些物种并不符合这种趋势呢?作者认为,鸟类的羽色受到诸多因素的制约,很难用单一因素完全解释。例如有一种假设认为,迁徙鸟类背面的颜色更深,因为温度高的背面可以减少摩擦力,进而提升飞行的效率 [9]。

图3 翅膀上方的气流方向 | 图源[9]

浅色可以减少热量吸收,减弱白天强烈太阳辐射带来的影响;深色可以提高表面温度,减小空气摩擦力,进而减少迁徙途中的体能消耗。在这两种相互矛盾的条件之间,鸟类该如何权衡呢?

作者推测,如果考虑到温度对摩擦力的影响,那么颜色更深的迁徙鸟类可能昼夜迁徙高度差更大,而且更偏好于在夜间迁徙——这两种特征能组成更优的羽色-行为搭配,进一步优化在迁徙途中的能量利用效率。也就是说,最终演化的结果是各种制约因素影响下的权衡之策。

 

总结  

“这篇文章的结果表明,鸟类中确实可能存在迁徙鸟类羽色较浅的一般性规律,这与迁徙过程中的温度调节有关。” 中国科学院动物研究所副研究员宋刚评论道。

他表示,这个研究的精彩之处,是基于前人研究发现的重要线索,结合生态学中基本原理的核心内涵,也就是体温调节,“通过对所有鸟类图谱颜色数字化测量和更加精确的统计分析,从而发现暗藏在多姿多彩的羽色变化背后的一般性生态适应规律。”  


参考文献:

1.Bogert, C.M., Thermoregulation in reptiles; a factor in evolution. Evolution, 1949. 3(3): p. 195-211.2.Tian, L. and M.J. Benton, Predicting biotic responses to future climate warming with classic ecogeographic rules. Curr Biol, 2020. 30(13): p. R744-R749.3.Delhey, K., Gloger's rule. Curr Biol, 2017. 27(14): p. R689-R691.4.Delhey, K., et al., Reconciling ecogeographical rules: rainfall and temperature predict global colour variation in the largest bird radiation. Ecol Lett, 2019. 22(4): p. 726-736.5.Lindstrom, A., et al., Extreme altitude changes between night and day during marathon flights of great snipes. Curr Biol, 2021. 31(15): p. 3433-3439 e3.6.Sjöberg, S., et al., Extreme altitudes during diurnal flights in a nocturnal songbird migrant. Science, 2021. 372(6542): p. 646-648.7.Dunn, P.O., J.K. Armenta, and L.A. Whittingham, Natural and sexual selection act on different axes of variation in avian plumage color. Sci Adv, 2015. 1(2): p. e1400155.8.Delhey, K., et al., Migratory birds are lighter coloured. Curr Biol, 2021. 31: p. R1505–R1512.9.Rogalla, S., et al., Hot wings: thermal impacts of wing coloration on surface temperature during bird flight. J R Soc Interface, 2019. 16(156): p. 20190032.

 



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