隨著全球氣候變暖, 鳥(niǎo)類體型在變小?
氣候變化正在極大地改變我們的世界。氣溫升高、降雨模式變化、海平面上升、野火頻發(fā)和海冰融化都正在影響著鳥(niǎo)類及它們的棲息地。
但氣候變化可能會(huì)對(duì)鳥(niǎo)類產(chǎn)生另一種不那么直觀的影響:大量科學(xué)研究表明,鳥(niǎo)類的身體形狀正在逐漸變化——它們的翅膀在變長(zhǎng),與此同時(shí)它們的身體也正在變小。
根據(jù)去年晚些時(shí)候發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上的一項(xiàng)研究,自20世紀(jì)80年代以來(lái),亞馬遜鳥(niǎo)類的身體變小了,而翅膀則變長(zhǎng)。在綜合考慮了其他因素后,研究人員發(fā)現(xiàn),鳥(niǎo)類的身體變化與氣候變化引起的氣溫上升和降水變化密切相關(guān)。
這些結(jié)果來(lái)自巴西亞馬遜河流域77個(gè)不同物種和1萬(wàn)多個(gè)鳥(niǎo)類個(gè)體的數(shù)據(jù),它們支持了一種新的研究方向:多項(xiàng)研究表明,鳥(niǎo)類(和其他動(dòng)物)因溫度升高而身材變小。在2010年對(duì)賓夕法尼亞州捕獲的鳥(niǎo)類進(jìn)行的一項(xiàng)研究中,科研人員發(fā)現(xiàn),自1961年以來(lái),249種鳥(niǎo)類中有197種的平均體重有所下降,而它們的翅膀長(zhǎng)度則保持不變(甚至有所增加,具體取決于物種)。
另一項(xiàng)由密歇根大學(xué)和菲爾德自然史博物館聯(lián)合進(jìn)行的研究也得出同樣的結(jié)論。每年,菲爾德博物館的收藏經(jīng)理戴維·威拉德都會(huì)測(cè)量在芝加哥因建筑碰撞而死亡的鳥(niǎo)類的尸體。自1978年以來(lái),每年春天和秋天,數(shù)百萬(wàn)候鳥(niǎo)都會(huì)經(jīng)過(guò)這座城市,到達(dá)它們季節(jié)性的家園,40年來(lái),他從52個(gè)物種中收集了大約70000只鳥(niǎo)類個(gè)體。

由野外博物館鳥(niǎo)類學(xué)家保管的灰冠蟲(chóng)森鶯(Vermivora peregrine)和原始分類記錄
攝影: Kate Golembiewski
通過(guò)使用威拉德數(shù)十年來(lái)收集的形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)和從NASA獲得的溫度記錄,研究人員確定了鳥(niǎo)類體型與其繁殖地夏季平均溫度之間的重要關(guān)系。隨著溫度的升高,研究中的所有物種都變小了,跗跖骨的長(zhǎng)度平均減少了2.4%,跗跖長(zhǎng)度是一種衡量體型指標(biāo)的重要參數(shù)。
研究人員還比較了短期波動(dòng),以佐證這一聯(lián)系,發(fā)現(xiàn)身體大小的變化與前一年的溫度變化一致。通過(guò)觀察短期波動(dòng),使得體型變小和溫度升高之間的因果關(guān)系更加明確。
該研究的合著者威拉德說(shuō),40種鳥(niǎo)類的翅膀長(zhǎng)度平均增長(zhǎng)了1.3%,其背后的原因尚不清楚,但研究人員認(rèn)為,這可能是鳥(niǎo)類為了繼續(xù)完成有效的遷徙而對(duì)較小的體型進(jìn)行補(bǔ)償?shù)囊环N方式。
在以色列,20世紀(jì)后半葉以來(lái),夏季最低氣溫平均每十年上升0.26℃。伯格曼法則預(yù)測(cè),在溫血?jiǎng)游镏?,?lái)自溫暖地區(qū)的種族比來(lái)自寒冷地區(qū)的種族體型要小。根據(jù)這一規(guī)律,許多研究報(bào)告了化石動(dòng)物的體重與世界各地獨(dú)立確定的古氣候變化之間的一般相關(guān)性。利用博物館標(biāo)本,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),在1950年至1999年間,以色列五種雀形目留鳥(niǎo)的體重和跗跖骨長(zhǎng)度下降。在這一時(shí)期,四個(gè)物種(優(yōu)鴉山鷦鶯Prinia gracilis、家麻雀Passer domesticus、白眶鵯Pycnonotus xanthopygos和薩丁尼亞鶯Sylvia melanochela的體重顯著下降。在此期間,兩個(gè)物種(優(yōu)鴉山鷦鶯和家麻雀)的跗跖骨長(zhǎng)度也顯著下降。薩丁尼亞鶯、白眶鵯和鳳頭百靈 Galerida cristata的身體狀況(體重與跗跖長(zhǎng)度之比)有所下降。這表明,上述體重和跗跖骨長(zhǎng)度的下降是由于全球變暖,符合伯格曼定律。上述解釋并不排除其他因素(如食物供應(yīng)減少)導(dǎo)致體重下降的可能性。這些下降可能對(duì)鳥(niǎo)類物種間的群落結(jié)構(gòu)和競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響,并可能影響小型雀形目鳥(niǎo)類的生存。
雖然此類研究正在形成一種模式,但目前幾乎沒(méi)有研究涉及為什么會(huì)發(fā)生這種情況??茖W(xué)家們現(xiàn)在擁有的只是理論。
這些變化是否無(wú)處不在?
在進(jìn)行深入探討之前,讓我們首先明確一點(diǎn):并非所有的鳥(niǎo)類都在變小。雖然以上幾項(xiàng)分析(每項(xiàng)分析都包括幾十個(gè)物種和數(shù)千個(gè)個(gè)體)表明鳥(niǎo)類因氣候變化而體型變小,但也有其他研究顯示了看似相反的結(jié)果。
在某些地方,鳥(niǎo)類似乎變得越來(lái)越重或翅膀越來(lái)越短。在一項(xiàng)對(duì)加州鳥(niǎo)類的研究中,研究人員發(fā)現(xiàn),在40年中,鳥(niǎo)類的體重增加了(盡管增量很少),但在同一時(shí)期,鳥(niǎo)類的翅膀長(zhǎng)度也增加了。在一項(xiàng)對(duì)越冬鴨子的研究中,研究人員發(fā)現(xiàn)法國(guó)的野鴨隨著時(shí)間的推移越來(lái)越重。西班牙的研究人員發(fā)現(xiàn),普通夜鶯的翅膀在20年后變短了。
在某些地方?jīng)]有發(fā)現(xiàn)這種體型變小的趨勢(shì),并不意味著在賓夕法尼亞州、芝加哥、巴西或以色列進(jìn)行的研究沒(méi)有意義。相反,它反映出氣候和生態(tài)變化的復(fù)雜性。氣候變化的區(qū)域影響差異很大。加州藍(lán)湖綜合生態(tài)研究中心的生態(tài)學(xué)家維泰克·吉里內(nèi)克領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)亞馬遜流域的研究,他認(rèn)為,在一些地方,氣溫升高或降水量變化可能會(huì)增加食物的可獲得性,他說(shuō):“除了溫度和降水量的變化外,這些鳥(niǎo)類還可能正在經(jīng)歷其他情況。真的很難把其中一些線索分開(kāi)。”例如,對(duì)于越來(lái)越胖的法國(guó)野鴨,研究人員已經(jīng)得出結(jié)論,是較溫和的冬天使野鴨在這個(gè)季節(jié)體重增加。
“我不認(rèn)為我們的論文已經(jīng)證明所有的鳥(niǎo)類都在變小,”領(lǐng)導(dǎo)了芝加哥項(xiàng)目的密歇根大學(xué)生態(tài)學(xué)家布里安·韋克斯說(shuō),“該研究只是證明,在某些系統(tǒng)中,所有種類的鳥(niǎo)類都完全有可能變小。”
為什么鳥(niǎo)類在變???
在那些鳥(niǎo)類看起來(lái)確實(shí)在變小的地方,研究人員對(duì)其原因有一些猜想。
一種解釋可以歸結(jié)為物理學(xué):更大的物體吸收更多的熱量。在生物學(xué)方面,伯格曼法則假定溫血?jiǎng)游镌诤錃夂蛳麦w型較大,在溫暖氣候下體型較小。這是因?yàn)轶w積較大的物體可以保存熱量,而體積較小的物體則能更快地散發(fā)熱量。伯格曼定律也解釋了為什么一小杯咖啡比一大杯咖啡冷卻得更快:較小的物體具有更高的表面積與體積比,這意味著與吸收熱量的較冷空氣接觸更多。
之前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)伯格曼法則的確適用于鳥(niǎo)類,一般來(lái)說(shuō),生活在溫暖環(huán)境中的鳥(niǎo)類比生活在寒冷棲息地的鳥(niǎo)類要小。吉里內(nèi)克和韋克斯都認(rèn)為這是這些鳥(niǎo)類群體正在變小的一個(gè)可能的解釋。就像人類在太熱時(shí)會(huì)經(jīng)歷熱衰竭和中風(fēng)一樣,鳥(niǎo)類也會(huì)因過(guò)熱而感到壓力。為了避免過(guò)熱,尺寸較小可能是有利的。在這種情況下,體型較小的鳥(niǎo)類可能比體型較大的鳥(niǎo)類更能在溫度更高、氣候變化更大的環(huán)境中生存,尤其是在亞馬遜雨林這樣的溫暖環(huán)境中。

科學(xué)家布魯納·阿馬拉爾跪在森林地面上測(cè)量一只黑臉蟻鶇(Formicarius analis)。1979年至2019年間,研究人員在亞馬遜雨林使用霧網(wǎng)捕獲了來(lái)自77個(gè)物種的10000多只鳥(niǎo)類,在這40年間,所有77個(gè)物種的體型都縮小了。
攝影: Vitek Jirinec
與此同時(shí),氣候變化可以帶來(lái)許多生態(tài)效應(yīng),如疾病和其他環(huán)境連鎖反應(yīng),導(dǎo)致鳥(niǎo)類增重或減重。即使是簡(jiǎn)單的溫度和降水變化也可能影響鳥(niǎo)類在特定區(qū)域覓食的能力。以體型較大的法國(guó)鴨子為例,研究人員認(rèn)為溫暖的冬天會(huì)產(chǎn)生更多的食物。在其他棲息地,氣候變化可能反而會(huì)減少許多鳥(niǎo)類的食物選擇,食物減少意味著鳥(niǎo)類生長(zhǎng)的能量減少。
然而,杰里內(nèi)克說(shuō),鳥(niǎo)類翅膀越來(lái)越長(zhǎng)的現(xiàn)象使這一理論變得復(fù)雜。“如果這是真的,很難證明增加翅長(zhǎng)是合理的,因?yàn)檫@也需要能量。”
芝加哥項(xiàng)目的另一位作者,密歇根大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家本·溫格同意并補(bǔ)充說(shuō),最新研究中所涉及的廣泛物種使得食物相關(guān)的理論似乎不太可能。在他看來(lái),很難相信所有研究物種的食物資源都會(huì)以不同的飲食方式均勻減少,然而,支持全球氣溫升高的數(shù)據(jù)已經(jīng)非常可靠。我們不知道氣候變化是如何影響每種鳥(niǎo)類的飲食的,但我們知道幾乎所有的鳥(niǎo)類都經(jīng)常暴露在比過(guò)去幾十年更熱的溫度下。
為什么有些鳥(niǎo)的翅膀變長(zhǎng)了?
翅長(zhǎng)增加背后的原因就更不清楚了。
飛行是大多數(shù)鳥(niǎo)類生活中非常重要的一個(gè)方面,翅膀長(zhǎng)度的任何變化都可能與飛行適應(yīng)性直接相關(guān)。例如,芝加哥的研究人員提出,長(zhǎng)翅膀有助于鳥(niǎo)類長(zhǎng)途遷徙。

測(cè)量棕冠蟻鶇(Pittasoma rufopileatum)伸展的翅膀,這種鳥(niǎo)是許多亞馬遜鳥(niǎo)類中的一種,自20世紀(jì)80年代以來(lái),它的體重明顯變輕,翅膀變長(zhǎng)??茖W(xué)家們懷疑氣候變化是這一趨勢(shì)的背后原因。
攝影: Vitek Jirinec
然而,在亞馬遜流域項(xiàng)目中所涉及的鳥(niǎo)類都不是候鳥(niǎo)。對(duì)于這一點(diǎn),溫格說(shuō):“也許這不僅是對(duì)遷徙的反應(yīng),而是對(duì)更普遍的常規(guī)飛行需求的反應(yīng),因?yàn)樯眢w正在變小。”飛行是一項(xiàng)能量密集型活動(dòng),體型較小的鳥(niǎo)類在空中為自己提供能量的脂肪和肌肉較少。所以,隨著體重的下降,翅膀的長(zhǎng)度可能會(huì)增加,以彌補(bǔ)肌肉力量的減少。不幸的是,這是一個(gè)很難驗(yàn)證的假設(shè)。“你必須把鳥(niǎo)放在風(fēng)洞里才能看明白,”吉里內(nèi)克說(shuō)。
另一種被稱為艾倫法則的理論認(rèn)為,溫血?jiǎng)游镌诟鼰岬臍夂蛳滤闹L(zhǎng)。例如,生活在亞利桑那州沙漠中的羚羊兔(Lepusalleni)的耳朵比生活在寒冷的北方地區(qū)的親戚白靴兔(Lepusamericanus)長(zhǎng)得多。更大的端肢有更多的表面積,可以更好地釋放熱量,這是在炎熱的地方保持涼爽的重要適應(yīng)產(chǎn)物。但吉里內(nèi)克和韋克斯認(rèn)為,目前沒(méi)有任何現(xiàn)有數(shù)據(jù)支持艾倫法則對(duì)鳥(niǎo)類的影響。首先,翅膀的長(zhǎng)度是從“腕關(guān)節(jié)”到最長(zhǎng)飛羽的末端。羽毛不會(huì)散發(fā)熱量,只有身體有血液流動(dòng)的部位才能散發(fā)熱量,這意味著翅膀長(zhǎng)度指標(biāo)并不一定和熱量釋放相對(duì)應(yīng)。
這些變化是否證明鳥(niǎo)類正在適應(yīng)氣候變化?
與我交談過(guò)的所有研究人員都指出,我們還不知道體型變小否有益于鳥(niǎo)類。體重歷來(lái)被用作健康的衡量標(biāo)準(zhǔn):一個(gè)物種中體型較小的鳥(niǎo)類通常被認(rèn)為是不太健康。鳥(niǎo)類最近的小型化可能是面臨更大壓力的產(chǎn)物,在這種情況下,結(jié)果可能不會(huì)導(dǎo)致更好的生存機(jī)會(huì)。
例如,吉里內(nèi)克和他的合作研究人員發(fā)現(xiàn),隨著時(shí)間的推移,巴西亞馬遜地區(qū)經(jīng)歷種群下降的鳥(niǎo)類也在經(jīng)歷同樣的體重下降。他說(shuō),如果體型變小在氣候變化下會(huì)自動(dòng)帶來(lái)優(yōu)勢(shì),那么不清楚為什么體型變小的物種數(shù)量反而會(huì)減少。無(wú)論怎樣,鳥(niǎo)的體型變小都是有限制的。“不能無(wú)限制地縮小,”吉里內(nèi)克說(shuō)。“在某個(gè)時(shí)刻,它將達(dá)到一個(gè)閾值,超過(guò)這個(gè)閾值,種群數(shù)量將會(huì)下降。”
不管原因是什么,這是一個(gè)令人擔(dān)憂的趨勢(shì)。“體型的重要性無(wú)論怎么說(shuō)都不算夸大,”溫格說(shuō)。“動(dòng)物的生態(tài)、飲食、新陳代謝和壽命都與它的大小直接相關(guān)。”
“如果身體尺寸在變化,那么這可能意味著其他很多事情也在變化。”
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