作者:胡珉琦 来源:中国科学报 发布时间:2021/9/17 16:56:12
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美和活着,哪个更重要?

 

“不管什么时候,只要盯住看孔雀尾巴上的一片羽毛,就会使我头大如斗。”这种极端繁复、累赘的外形特征一度困扰着达尔文,因为它们无法用自然选择来解释。后来,达尔文提出了性选择理论,认为骄傲与虚夸的雄孔雀更受异性青睐,以此获得更多后代。因此,“美”本身也可以成为一种演化的重要动力。

9月16日,《当代生物学》(Current Biology)在线发表了由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(以下简称古脊椎所)王敏与周忠和主导,联合菲尔德自然史博物馆、南京大学、临沂大学、天宇自然博物馆完成的一项研究,他们找到了一类拥有特殊尾羽的中生代反鸟类,它的出现揭示了性选择和自然选择的动态相互作用对鸟类早期演化的影响。

颜值即动力

这项研究发现的鸟类,是生活在距今1.2亿年前的反鸟类鹏鸟科的新属种,它被命名为雅尾鹓鶵。鹓鶵(亦称鹓雏)是中国神话传说中的神鸟,见《庄子·秋水篇》:南方有鸟,其名鹓雏。

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早白垩世反鸟类雅尾鹓鶵的正型标本 王敏供图

鹓鶵的尾羽由四对羽片状羽毛构成扇形,位于中间的一对尾羽显著加长,甚至超过了体长的1.3倍,其上的羽轴异常宽,与两侧的短尾羽构成了一种针型尾结构。

“这种结构过去从未在恐龙或是中生代鸟类化石中见到,但和一些现代鸟类,比如太阳鸟的尾羽非常相似。”古脊椎所研究员王敏介绍说。

研究指出,过去发现的大多数反鸟类都不会发育成扇状尾羽,它们的尾羽是由纤维状羽毛构成的。有一些类群会在尾部中间长有一对杆状的、近乎全部由加宽的羽轴构成的长尾羽,只在靠近末端的部位出现分异的羽枝,科学家把这样的羽毛形态称为“末端羽化的羽轴主导型羽毛”;始鹏鸟和副鹏鸟尾羽虽然拥有一对长尾羽,那是从近端就出现分异的羽枝,也叫完全羽片化,但它们并没有扇状尾羽。

“所以,鹓鶵是把两种特殊的尾羽形态聚合在了一起。”王敏告诉《中国科学报》,这是古生物学家发现的第一件标本。

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雅尾鹓鶵具有的针型尾尾羽结构 王敏供图

他进一步解释,尾羽是鸟类飞行系统中的重要一环,扇状尾羽的出现从空气动力学角度来说,有利于飞行,这是典型的自然选择的结果。可是,当羽毛的长度超过尾羽构成的扇面的最大宽度所在界线时,超出的羽毛都会阻碍飞行。

在现生鸟类中,许多雄鸟长有色彩绚丽、形态繁杂的尾羽,虽然不利于飞行,但对异性却很有吸引力。利用自身对特定羽毛、颜色,还有鸣叫、炫耀行为的偏好来选择它们的伴侣,从而推动与性有关的装饰器官的进化,这种机制就叫性选择。它还有个更好听的名字——美的进化。王敏表示,鹓鶵独特的尾羽显然是性选择的结果。

博物学家很早就在现生鸟类中找到性选择的证据,但中科院院士周忠和提到,在古生物学领域,从化石中去寻找性选择结果的研究还是少数。

性选择和自然选择的博弈

达尔文在1871年出版的著作《人类的由来及性选择》中,提出性选择是自然选择以外,一种非常重要的生物演化的动力机制。

自然选择的结果是适者生存、不适者淘汰,关乎生死问题;而性选择的结果是成功者得到与异性交配的机会,得以留下自己的后代,关乎有后无后的问题。

不过,此后近一个世纪,性选择理论始终没能受到重视。以华莱士为代表的演化生物学家质疑,生物会单纯为了“美”而选择自己的伴侣。于是他们提出,“美”的背后应该另有“隐情”。

“从自然选择角度来看是一种不利的装饰性特征,如果在一个种群当中分布非常广,意味着拥有这种特征的物种也许拥有相对更强的竞争力,比如更有能力获取食物、筑巢、抚育后代等。”王敏解释,高颜值可能也代表着某些高能力。

比如澳大利亚花亭鸟,雄鸟花亭鸟有搭建亭状建筑,并用花瓣装饰的习性,用于吸引异性。亭状建筑虽然没有实质性的作用,但科学研究发现,雄性会企图损毁其他雄性搭建的凉亭,还会窃取其他雄鸟的建材。因此,雄鸟凉亭的装饰程度,也反映出雄鸟防御自家凉亭,并窃取竞争者财物的能力,这可以代表某些有用的品质,比如力量、耐力、秘密行动力。事实上,花亭鸟构筑凉亭的斗性,的确与雄鸟在族群中的优势地位成正比。

王敏表示,科学家把这样一种性选择机制称之为“障碍原理”,它与自然选择的结果有些雷同。而鹓鶵尾羽的结构很有可能是“障碍原理”作用的结果。

“性选择理论之所以争议不断,很重要的原因就在于性选择的作用与自然选择的作用常常是互相交织,难以区分的。”周忠和告诉《中国科学报》。

为了进一步研究性选择和自然选择的动态相互作用对鸟类早期演化的可能影响,这项研究还对反鸟类和它的姊妹类群今鸟型类(所有现代鸟类都是从中演化而来)进行了统计分析,结果十分有趣。

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鸟类尾羽结构演化简图. 构成姐妹群的反鸟类(Enantiornithes)和今鸟型类(Ornithuromorpha)显示了截然不同的尾羽结构:前者的尾羽中具有装饰性的尾羽形态出现非常普遍,而后者则不然。王敏供图

虽然反鸟类和今鸟型类在亲缘关系上非常接近,但中生代的今鸟型类几乎没有装饰性的尾羽结构,受性选择作用出现的长尾羽只在反鸟类中出现,这又是什么原因?

研究团队发现,在现生鸟类中,拥有华丽尾羽的常常生活在茂密的丛林中,而那些生活在开阔地带的鸟类,它们的羽毛则“低调”得多。这正好对应了反鸟类和今鸟型类的生态习性,反鸟类以树栖为主,而早期的今鸟型类就栖息在开阔的湖边。

“因此我们分析,反鸟类演化出形态夸张的尾羽,是为了能绕过灌木的遮挡,从而吸引异性;今鸟型类则是为了尽可能不被捕食者发现,所以适应空气动力学的扇状尾羽的分布更广。”不过,王敏也表示,今鸟型类也可能通过鸣叫、筑巢,或者其他方式吸引异性。

这也证明了,在鸟类演化中,性选择、自然选择、生态机会等机制确实是交互作用的。“但是,如果当‘美’和‘活下去’直接产生冲突的时候,活着(自然选择的结果)才是‘王道’。”周忠和强调。

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生活在距今1.2亿年前的反鸟类雅尾鹓鶵的生态复原图(章浩臻绘制)

相关论文:

https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.08.044

 
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