【鳥類大觀】蜂鳥戰士:鳥喙演化的戰火與硝煙

2021-01-15 中國觀鳥

本文轉自公眾號「推鳥」,編譯|CrazyBirdy

在南美洲的熱帶地區,蜂鳥必須為食物而競爭,演化已經徹底改變了它們的喙。如果你想知道蜂鳥真實的一面,最好不要通過詩歌來了解它們。

Bird-beam of the summer day, 

你的喙有如夏日般璀璨

Whither on your sunny way?

你在烈日下的身影將飛向何方?

Whither? 

何方?

Probably off to have a bloodcurdling fight, that’s whither. 

也許正在前往一場血腥決鬥的路上。

這是約翰·萬斯·切尼(John Vance Cheney)的詩歌,但先不要急著指出問題。作為一名才華橫溢的詩人,約翰被蜂鳥豔麗的色彩和嬌小的身姿深深地吸引,可惜他沒有注意到蜂鳥急速跳動的心臟中燃燒著「鬥爭的烈焰」。

阿茲特克人識破了蜂鳥迷人的偽裝。他們的戰神威濟洛波特利(Huitzilopochtli)是一隻蜂鳥。阿茲特克人渴望戰爭,也熱愛美麗的鳥類。看起來他們並沒有發現愛美之心和嗜血如命之間的矛盾。


哥倫比亞森林中發現的齒嘴蜂鳥(Androdon aequatorialis),其喙已演化成戰鬥形態。

攝影/克裡斯蒂娜·赫姆

科學家已經知道武鬥是蜂鳥生活中很常見、很普遍的一種行為,但科學家也有自己的盲區。含有花蜜的花朵和蜂鳥吸食花蜜的細長鳥喙高度匹配,這一事實清楚地表明,蜂鳥的外形是協同演化的產物(關於協同進化,參見以往推鳥的文章)。

很明顯,從演化的角度來看,植物是蜂鳥形成這種喙的決定因素。植物需要可靠的授粉中介,於是把花朵演化成需要細長的喙才能採蜜的形狀,而蜂鳥的喙遵循了這一演化需求。

來自加州大學伯克利分校(University of California,Berkeley)的亞歷杭德羅·裡科-格瓦拉(Alejandro Rico-Guevara)和他的同事最近在美國的整合生物學報(Integrative Organisimal Biology)發表了一篇論文(參考文獻1,可以點擊文獻裡面的連結下載全文),對過去十年的研究進行了梳理和總結。他們公布了通過高速攝影收集到的視頻證據。這些證據表明,雄性蜂鳥是如何使用喙這種致命武器的。

和大角羊(Ovis canadensis)的角或鍬甲巨大的下顎一樣,蜂鳥用它們的喙來擊退競爭對手,從而獲得配偶的芳心。這就是性選擇——自然選擇的另一重身份。在這個過程中,交配機會的提升是主導力量。

雄鳥用喙來刺傷和防禦其他雄鳥,還會佯攻和迴避。有時還會把另一隻鳥從棲木上打下來。一些蜂鳥甚至有鉤狀的喙尖,以及像鯊魚一般的鋸齒狀牙齒。裡科-格瓦拉博士的高速攝影顯示,雄鳥會用爪子撕扯另一隻鳥的羽毛。

輝紫耳蜂鳥(Colibri Coruscans)喙尖的兩性異形標本的照片(上圖:雄鳥;下圖:雌鳥)

以上只是裡科博士和他同事的其中一項新發現,其發現還包括蜂鳥攝入糖分的特殊方式,汲取花蜜時舌部的動作,以及蜂鳥喙形的演化過程。這些發現改變了人們以往對蜂鳥的認識。

加拿大溫哥華不列顛哥倫比亞大學(University of British Columbia)的鳥類學家道格拉斯·阿特舒勒(Douglas Altshuler)表示,裡科-格瓦拉博士是一個做事徹底,關注細節的人,他將蜂鳥研究推向了新的高度。「我認為裡科的研究工作做得很好。」他說。

理察·普魯姆(Richard Prum)是美國耶魯大學的一名鳥類學家,研究的是導致雄鳥極致第二性徵的演化過程。理察也高度評價了這項研究:「我喜歡這個傢伙,喜歡他的工作。」

裡科-格瓦拉博士在哥倫比亞國立大學讀本科時就開始研究蜂鳥。他的導師是加裡·斯泰爾斯(Gary Stiles),一位研究蜂鳥的權威專家。在他的指導下,裡科-格瓦拉博士完成了學位論文,研究的是蜂鳥如何捕食昆蟲,作為採食花蜜(只含糖分)之外的營養補充。

幾乎同時,康乃狄克大學的演化生物學家瑪格麗特·A·魯貝加在《自然》雜誌上發表了一篇論文,題目是蜂鳥如何彎曲喙來捕捉昆蟲。於是事情發生奇妙的聯繫,裡科-格瓦拉博士最終來到了康乃狄克大學,和魯貝加博士一起研究蜂鳥的舌頭。

加州大學伯克利分校的蜂鳥專家亞歷杭德羅·裡科-格瓦拉(Alejandro Rico-Guevara)和他家中餵食器旁的安娜蜂鳥(Calypte anna)對蜂鳥舌頭的研究是開創性的。關於鳥類如何吸食花蜜,學界主流觀點是鳥喙和舌頭的形狀造成了毛細現象,因此在表面張力的作用下,液體能夠抵抗重力並升高(參見參考文獻2,文後連結可閱讀全文)。這是當狹長的管子深入液體時,或者毛刷接觸油漆時就會發生的現象,儘管只有尖端接觸到液體。

裡科-格瓦拉博士和魯貝加博士的研究表明,蜂鳥的進食方式與主流觀點完全不同:當分叉的舌尖縮回狹窄的喙時,它們便已成功「獲取」了大量的花蜜(如上圖)。

蜂鳥生性好鬥,雌鳥也不例外。但只有少數鳥種擁有武裝的喙。裡科-格瓦拉博士發現雄鳥會主動挑起爭端,以爭奪最佳交配場所。

某些種類的雄鳥會聚集在求偶場地,這裡通常沒有它們賴以為生的花朵。在列克群島上,每隻雄鳥都有自己的領地,反而是雌鳥到處沾花惹草。

這些領地的面積差別很大。一片典型的領地,其面積約為270平方英尺(約25平方米),相當於紐約市一套小型公寓。領地中央是核心地段,雄鳥用那如劍一般鋒利的喙打下屬於自己的地盤,並保護好領地的核心地段。


一隻黑喉芒果蜂鳥(Anthracothorax nigricollis)正在和另外一隻小紫耳蜂鳥(Colibri cyanotus)打架。拍攝於哥倫比亞一家咖啡農場( Finca el Colibrí Gorriazul)內。其擁有武裝的喙的蜂鳥,其雄鳥會在最富饒的花叢中建立交配場所,並擊退競爭對手。裡科·格瓦拉博士表示,對它們來說,自己採蜜的效率高不高並不重要——「只要別讓其競爭對手接近花朵就行了。」蜂鳥研究是一個高速發展的新興領域,從它們飛行時的空氣動力學到它們如何吸食花蜜等方方面面。「你在動物身上能夠測量到的任何指標,比如新陳代謝,都很極致。」阿特舒勒博士表示。「而極致的另一種體現,是它們外形的特化。」裡科-格瓦拉博士認為,蜂鳥提供了「探索生理極限的機會」。在脊椎動物中,它們的新陳代謝速率最高,而且它們擅長「自然界中最奢華的運動形式」——空中懸停(參見推鳥文章了解蜂鳥高超飛行技巧的研究)。巧的是,懸停正好是飛行器設計者非常感興趣的一種飛行姿態。「人人都想復現蜂鳥的飛行技巧,」博士說。圖片來源於書籍:The World of Birds 美國加州大學河濱分校(University of California,Riverside)的生物學家克裡斯·克拉克(Chris Clark)表示,這些鳥在實驗中也很有用。克拉克曾與裡科-格瓦拉博士合作研究蜂鳥的飛行。這些蜂鳥會隨時飛向餵食器。人類的存在並沒有使它們退縮。並且,「它們在實驗儀器「風洞」和籠子裡飛得也很好。」裡科-格瓦拉博士實驗室牆上的海報(左),還有一隻雄性鋸嘴蜂鳥(Ramphodon naevius),它分叉的舌頭清晰可見。


蜂鳥的行為也很有趣,已有證據表明它們十分擅長學習。克拉克博士表示,考慮到蜂鳥的活動始終在其能量極限附近徘徊,有人猜想它們可能需要出色的記憶力,以便尋找食物來源(參見推鳥的文章:小小的蜂鳥具有非凡的大腦)。

在列舉蜂鳥研究的許多領域時,裡科-格瓦拉博士承認,他被蜂鳥吸引還有另外一個原因。

「我被它們無與倫比的個性深深折服。」他說,「它們毫不畏懼,來到你身邊探究你正在做的事情,總是充滿好奇。」

裡科-格瓦拉博士表示,希望在科學研究的道路上,「我的好奇心趕得上這些蜂鳥。」

不過博士並非唯一能夠重新解讀蜂鳥之人。當大多數詩人都沉醉於蜂鳥的美麗時,D. H.勞倫斯在《蜂鳥》中虛構了一個古老的創世故事:

也許它曾是個大塊頭

Probably he was big

好比苔蘚和壁虎,有人說它們曾是龐然大物

As mosses, and little lizards, they say, were once big

也許蜂鳥曾經也是,一頭兇猛可怕的怪物

Probably he was a jabbing, terrifying monster


「蜂鳥戰士」視頻分享(Crazybirdy翻譯):



[1] Rico-Guevara A., et al. Shifting Paradigms in the Mechanics of Nectar Extraction and Hummingbird Bill Morphology. Integrative Organismal Biology, 2019, 1.1: oby006.https://academic.oup.com/iob/article/1/1/oby006/5267482[2] Rico-Guevara A; Fan, Tai-Hsi; Rubega, Margaret A. Hummingbird tongues are elastic micropumps. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2015, 282.1813: 20151014.https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rspb.2015.1014


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編輯/ 海風


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