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氣候變暖,鳥兒的體型在縮水

[ 來源:科普中國-科普融合創作與傳播 | 作者:本站 | 發布時間:2020-01-13 | 瀏覽:417次 ]

出品:科普中國

制作:譚熠華 (武漢大學生命科學學院)

監制:中國科學院計算機網絡信息中心

近期,有國外的研究團隊通過對北美不同種遷徙鳥類的研究發現,隨著近幾十年來夏季氣溫升高,鳥類的體型縮小了。

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氣候變暖,導致鳥兒的體型"縮水"

此結果來自美國密歇根大學(University of Michigan)2019年年底的研究。該團隊與菲爾德自然史博物館(Field Museum)合作,收集了北美52種候鳥,超過70000個樣本,樣本采集的時間跨度長達40年。他們測量了每只鳥的喙長、跗趾長(腿的一部分)、翼長和體重。發現在過去的幾十年中,鳥的平均跗趾長縮短2.4%,質量減輕2.6%,其他參數指標也指明,近40年來鳥的體型在不斷減小。

究竟是什么原因導致了鳥的體型變化?

不同的鳥類物種體型都發生了變化,可能是某種大尺度的環境改變造成的。研究團隊猜測這可能和全球氣候變暖有關。于是,該團隊進一步探討了鳥類體型變化與氣溫變化的關系。

排除其他環境因素的干擾,他們分別嘗試用夏季平均溫度、冬季平均溫度和冬季總降水量來預測鳥類體型的變化,發現其中夏季平均氣溫的變化趨勢能較好地預測鳥類體型變化情況。

當夏季平均溫度發生變化時,鳥類的體型會隨之變化。同時發現,用第一年的夏季平均溫度預測第二年的鳥類體型時效果會更好,說明第一年的夏季溫度變化對鳥類產生了影響,使鳥種群內部的體型分布結構發生改變,結果在第二年顯現出來。由于近40年來夏季平均氣溫總體呈上升趨勢,鳥類體型也表現出減小的結果。

鳥類跗趾長與夏季溫度的關系圖,橙色代表跗趾長變化率,藍色代表夏季氣溫變化率 (圖片來源:Weeks,2019)

氣候變暖,如何影響鳥類體型?

來自澳大利亞迪肯大學(Deakin University)的團隊曾設計實驗,探討氣候變暖如何影響鳥類體型。

研究發現,在鳥的孵卵期,當環境溫度比較高時,雌性斑胸草雀能通過叫聲將環境溫度過高的信息傳達給胚胎,改變胚胎生理狀態,導致幼鳥孵化后在生長期間平均體型更小。這從生理可塑性的角度解釋了高溫導致體型變小的原因。

斑胸草雀,研究鳥類行為生態的模式動物(圖片來源:pixabay.com)

同時研究者觀察到,在繁殖期,相比體型未改變的雌鳥,高溫環境中體型變小的斑胸草雀雌鳥擁有更多的后代。在野外環境中,這將促使鳥類平均體型數值減小。

溫度越高,動物體型越小,這個現象并不罕見

早在1847年,德國科學家貝格曼就提出,在同類群的溫血動物中,生活在較寒冷地區的個體體型更大。這也成為生態學中關于動物體型變化的經典定律——貝格曼定律。

該定律基于一條基本的物理學原理:物體越大,它的表面積與體積之比越小,更不容易通過體表損失熱量,更能保溫。在寒冷地區,保溫能力弱的小型個體會在自然選擇下逐漸被淘汰,進化的選擇使種群個體平均體型趨向增大。

之后不斷有學者們就該定律的可靠性和適用范圍進行了廣泛的研究,發現該定律在溫血動物,尤其是小型溫血動物中具有普遍性。并且反過來也找到了很多證據,即在炎熱環境中動物的體型趨于減小,這也解釋了上文鳥類體型減小的原因。

寒冷地區的美洲獅相比溫暖地區的同類擁有更大體型(圖片來源:pixabay.com)

北方人普遍比南方人長得高,莫非也和溫度有關?

看到這,很多人很容易聯想到,中國南方人和北方人的身高差異是否也是基于同樣的原理呢?

北方人生活的環境相比于南方較為寒冷,身材高大的人單位體積對應的表面積小,因而散熱少, 可以有效地抵御風寒。南方地區相對較暖和,身材矮小的人單位體積對應的表面積大,利于散熱,易于生存。

這樣解釋看似完善,其實不然。人類學會穿衣、生火保暖,而不是只靠身體素質硬抗嚴寒,貝格曼定律在人身上并不是完全適用。南方人、北方人身高差異是各種綜合因素導致的結果。天氣寒冷,人體新陳代謝較慢,生長發育期較長,成熟期較晚,有利于更多物質能量的積累。傳統北方地區的人攝入的含蛋白質的食物更多,高蛋白有利于身高的發育,加之北方地區夏季光照時間長,有利于人體合成維生素D,促進骨骼發育,這些都是北方人長得稍高大的原因。

近年隨著城市化發展,南北方飲食等諸多生活習慣趨近,同時,伴隨人口遷移,這種身高差異正在減小。

參考文獻

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Weeks, B.C., Willard, D.E., Zimova, M., Ellis, A.A., Witynski, M.L., Hennen, M. and Winger, B.M. (2019), Shared morphological consequences of global warming in North American migratory birds. Ecol Lett. doi:10.1111/ele.13434

Mariette, M.M. & Buchanan, K.L. (2016). Prenatal acoustic communication programs offspring for high posthatching temperatures in a songbird. Science, 353, 812–814.

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