■John Speakman课题组
中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员John Speakman最近参与了一项国际合作课题的研究，解决了长久以来困扰科学界的一个谜团——企鹅为什么不会飞？该工作发表在最近的美国《国家科学院院刊》上。
企鹅科是一类广泛分布的海鸟，其共同特点是不能飞行。企鹅为什么在进化过程中丧失了飞行能力？
原因一直以来都是个谜，因为丧失飞行能力使企鹅的一些行为看起来与环境不相适应。例如，为了从栖息地走到海边，帝企鹅通常会花上几天时间步行60公里，如果它们能飞的话，则只需要几个小时的时间。
此外，许多企鹅都是海豹的猎物，如果企鹅能飞行的话，即使只能掠过捕食者，都不会遭到捕食。那么，企鹅为什么不会飞？
有一种观点认为，企鹅可能无法设计出既能飞行又能游泳和潜水的双翼，这种观点我们称之为生物力学理论。根据这种理论，企鹅在进化过程中，双翼越来越适应游泳和潜水，使得游泳和潜水行为变得非常高效，但也使得飞行成本越来越高，在进化的某个阶段，企鹅甚至无法维持飞行的成本，因此就变得不再会飞。
一个由来自加拿大、美国、英国和中国的科学家组成的联合小组，在对海雀科的一种鸟类——海鸠进行了观察之后发现，用生物力学理论来解释企鹅为什么不会飞这一问题极有可能是正确的。
海鸠是一种潜水和游泳行为与企鹅非常类似的海鸟，不同的是，海鸠仍然保留了飞行能力。从各种方面来看，海鸠就像是依然保留了飞行能力的企鹅祖先。该团队借助了一种叫做双标水的同位素技术，在用记录仪监控海鸠行为数据的同时检测了海鸠的能量消耗，这样就有可能同时检测其飞行行为和潜水行为的能量需求。
这篇文章发表在PNAS杂志上，文章证实了海鸠的潜水行为所需的能量远低于其他鸟类，仅次于企鹅。但是，海鸠飞行行为所需的能量，是其基础代谢率的31倍，在所有有报道的飞行鸟类中是最高的。这种高效潜水和高成本飞行行为的结合很好地印证了生物力学模型的预测。
该课题的研究目的是要确定驱动北极海鸟能量需求的因素，本意是为了预测捕鱼业、航海和气候变化等人类行为在现在和将来对鸟类的影响，这篇文章是该课题的一项意外发现。
该文章的第一作者，来自加拿大马尼托巴大学的研究生Kyle Elliott表示，很显然，野生动物的结构限制了其功能，动物会在两种不同生境中的行为中采取折中方案。当然前提是鳍状肢不能飞行。
该文章的通讯作者，来自密苏里大学圣路易斯分校的Bob Ricklefs教授表示，海鸟从能飞到不能飞的转变，是研究动物跨越适应谷的经典案例，在该案例中，在特殊的环境条件下即使是适应性差的结构改变也能使动物跨越适应谷。这将成为很好的教材，因为它再次证明了能量学和生理学研究的价值。
John Speakman在本课题中主要负责同位素分析，他表示，“和许多人一样，我被电影中企鹅横渡南极冰盖的镜头深深吸引，我总是在想，它们究竟为什么失去了飞行的能力？现在这一问题终于解决了，很高兴能作为团队的一员在本课题中参与了数据的收集和问题的解决”。
（选自中国科学院遗传与发育生物学研究所所刊）
《中国科学报》 (2013-08-06 第6版 研发)
