瞧這張大嘴!這里有達爾文都沒弄明白的奧秘

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又是一個平凡的加拉帕戈斯清晨。在伊莎貝拉島東北干燥的海岸邊,一隻差不多人類手掌大的灰黑色小鳥,正在布滿草和地衣的岩石上,跳來跳去地尋找它一天的食物。

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你瞅啥?圖片:pbase.com

大嘴地雀和它的表親們

它的樣子是有些奇怪的萌感——當然,很難有人說地球上任何一種鳥類不萌的——然而它的確是有些特別。它有著圓鼓鼓的身子,灰黑色的羽毛,不足半個乒乓球大小的頭上,最引人注目的就是那個大大的、比起它嬌小的身軀格外“粗壯”的喙

瞧,這可是隻大嘴鳥呢。它的名字也真實地反映了它的特點——大嘴地雀,主要在地上活動覓食(當然也會在樹上活動以及飛啦,築巢的地方也一般在一米高左右的仙人掌上),有著不成比例的大嘴。拉丁名Geospiza magnirostris,屬名“Geo-”是拉丁語里“地”的詞根(比如地理Geography),而詞根“magni-”則是“大”的意思(比如magnify,放大之意)。



雄性大嘴地雀就明顯更“非”一些。圖片:arkive.org

那我們就好奇了,既然它“大”,還有別的“小”親戚嗎?

還真有。而且,每次我們提到大嘴地雀的時候,就不得不提到它的親戚們。在加拉帕戈斯群島和鄰近的可可斯島上,一共分布有15種這樣的鳥,體型相似(雖然大小有些微差別),它們共屬一科,分三屬,有在地上蹦蹦跳跳的地雀(分別叫大仙人掌、尖嘴、中、小、大嘴、仙人掌地雀),有在樹上活動的樹雀(大、中、小、䴕形、紅樹林樹雀),還有屬於鶯雀的綠鶯雀、灰鶯雀和單為一屬的植食樹雀可可斯雀

這麼多鳥,乍看下來和報菜名沒太大區別,但是它們之間的差異卻十分有趣。這十幾種鳥,最大的區別其實是它們的喙——有小而尖的,有大而圓的,有的帶勾,有的粗短……



是的,它們區別最大的地方,在嘴。圖片:ufl.edu

這跟它們生活的環境十分相關。大嘴地雀結實的大嘴,能幫它們敲碎堅硬的堅果殼。它們活動在加拉帕戈斯群島中相對干旱的地方,食物相對缺乏,能吃別人不能下嘴的東西,毫無疑問是一個大優勢。

而它的表親們,比如大仙人掌地雀,則棲息在有仙人掌的地方。大仙人掌地雀的喙較小一些,也能吃堅果,不過仙人掌的花和果更受它的青睞。而小地雀則在較為濕潤的灌木和樹叢地帶生活,吃小種子和昆蟲,喙也要小得多。它還幫加拉帕戈斯的鬣蜥(對,就是《地球脈動II》里面生下來就被蛇狂追的那個醜醜的,啊不,萌萌的動物)清理皮膚碎屑,小巧的喙像小梳子一樣靈活。

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小地雀的喙,就完全是另外一種畫風。圖片:darwinfoundation.org

不同的環境,不同的食物源,造就了它們不同的特色,然後占據住環境中不同的生態位。有的島上,既有吃堅果的,也有吃蟲子的,一個生態位里的競爭——比如都吃堅果的話,有優勢的大嘴就會勝出,所謂的“自然選擇”。這個在我們現在看來十分平常的現象,在它們被發現的時候,卻是一件挑戰人們常理的事情。

這也是為什麼,大嘴地雀在內的加拉帕戈斯群島的小鳥們,都有一個共同的名字——達爾文雀(Darwin’s finches)。沒錯,這也是你為什麼在今天讀到這篇文章的原因。2月12日,也是偉大的生物學家、“演化論”的提出者(之一)達爾文的生日。

達爾文和演化論的淵源,要從他搭上遠征加拉帕戈斯群島的“小獵犬號”(HMS Beagle)開始。

孕育演化論的地方

在赤道附近、南美洲厄瓜多爾以西1000多公里的太平洋上,星羅棋布地綴著一片由火山噴發造就的小島。熱帶的陽光在這里炙烤,地熱火山在這里活躍,來自高緯度地區的秘魯寒流在這里拐了彎,冷熱交彙的地帶,孕育出了極為奇妙、又十分多變的地理環境。在加拉帕戈斯群島上,你可以發現以此地命名的企鵝(也是唯一生活在熱帶的企鵝),近海大量的魚類引來了數量眾多的海鳥,還有追逐鬣蜥的蛇和巨大的象龜……這里極少有人煙,直到1532年才有人的足跡踏入,可謂是生物的天堂。



星羅棋布的小島造就了動物的天堂。圖片:wordpress.com

當“小獵犬號”載著達爾文一行人登陸的時候,達爾文最初關注的是地質學。回到英國後,著名鳥類學家約翰·古爾德的鑒定,讓他意識到這里的物種多樣性。而他的第一反應,並不是讚歎主的造物之神奇,而是發問——為什麼?

這個常年與大陸隔絕的火山島,擁有與大陸物種相聯系、但又迥然不同的物種;而不同的島嶼之間、不同的地理環境,使每個島嶼之間的動植物品種也各不相同。這真是奇妙啊。

“加拉帕戈斯群島上的生物分布,如果是一個島上有一個屬而另一個島上是別的很不同的屬,那就不足為奇了(這種情形容易讓人相信物種是上帝創造的)……而正是目前這種狀況:數個島嶼各有自己特殊品種的陸龜、鶇鳥、金翅雀與無數的植物,這些不同的品種都有共同的生活屬性,有類似的生活環境,這才使我震驚。”在《乘小獵犬號環球航行》再版時,達爾文這樣寫道。

達爾文當然也發現了這種毫不怕人的小鳥:“有時,我拿帽子就能罩住它們。”



中地雀,喙的大小介於大嘴地雀和小嘴地雀之間。圖片:smugmug.com

不知從大陸何處偶然飛來的達爾文雀們在這里繁衍生息,是上帝把不同的它們、安放在不同的位置、分給它們恰好適合它們的食物嗎?不,沒有這麼簡單。隔離,意味著不同,而為什麼隔離造成了不同呢

一隻地雀的祖先偶然飛到了這個火山島上。然後會發生什麼?它的基因會偶爾產生變異,讓它的喙變大或變小。然後,這里的自然環境又選擇了那些能夠得到足夠食物的,或者能夠找到別人不吃的食物的鳥。在干旱的島上,大嘴的那一隻吃到了堅果,活了下來,找到了它的伴侶,把基因複製給後代。

然後呢?然後,就是島嶼。島嶼太重要了,如果沒有島嶼,就沒有加拉帕戈斯群島如此豐富的物種多樣性。在不同島嶼上的鳥,被海隔開了,它們得以將自己適應環境的、對生存有利的差異通過遺傳積累下來。大嘴地雀的嘴變得更大,更顯著,在貧瘠的岩地上也能愉快地生存。

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圖片:imgur.com

所以,加拉帕戈斯群島才是研究演化的天堂。所以,他才會發現:“由外邊引進了一個物種,然後這個物種為了各種不同的目的,發生了變異。”這是解開演化的鑰匙

眼皮子底下的演化

其實,一開始達爾文對這些小鳥不太重視。在5周的停留時間里,他和同伴遊曆了伊莎貝拉島、聖薩爾瓦多島、聖克里斯托巴爾島和聖瑪麗亞島,其間共采集了近70號達爾文雀標本。他采集的這些標本隨後被送到了鳥類學家約翰·古爾德(John Gould)手中。鳥類專家古爾德很快便得出結論,加拉帕戈斯群島采集到的雀類標本實際上分屬13個新種,盡管喙的形狀差別很大,但這些鳥彼此之間具有很近的親緣關係。

實際上,確定這些鳥兒“達爾文”之名的,是另外一個鳥類學家——大衛·拉克(David Lack)。拉克在加拉帕戈斯群島呆了5個月之久,研究不同種達爾文雀的繁殖和覓食行為;後來又跑遍了世界上各地的博物館和大學,找到了6千多個達爾文雀的標本,測量它們的喙和身形。



倫敦自然曆史博物館里收藏的達爾文雀標本,標簽上寫著“采集者:C.達爾文”。圖片:nhm.ac.uk

1947年,他的書《達爾文雀》面世。這本書清晰地解釋了當時已知的14個種,是怎麼演化出形式各異的喙的。以地雀為例,在同時有大、中、小地雀的島上,3種鳥喙的大小都不重疊,對應著取食大小不同的種子。而只有中地雀和小地雀的島上,它們喙的大小,卻介於兩種的正常值之間,這是因為這些地方只有一種食種子的地雀,在缺乏競爭者時,物種會拓展實際的生態位。從拉克之後,“地理隔離”和“生態位分化”成為了演化的常識。

關於達爾文雀的研究,並沒有因此停止。演化的力量有時候是十分驚人的——甚至可以在你的眼皮子下發生

1977年,一場始料未及的嚴重干旱降臨到大達夫尼島,由於食物的匱乏,1976年研究人員標記的388隻中地雀幼鳥里,竟然僅有1隻活到了1978年的繁殖季。然而,這一切都被在島上進行演化研究的格蘭特夫婦(Grant)看在眼里。當干旱造成食物短缺時,較小也較軟的種子最先被消耗光,導致那些沒法取食較大較硬種子的個體被餓死。由於喙型是可遺傳的,幸存下來的地雀就會將幫助它們熬過干旱的特征傳給下一代,而測量數據表明,到了1979年中,地雀喙的厚度確實增加了!另一次發生在2003-04年的干旱,更是讓研究者見證了一個新種的誕生。



這隻雄性中地雀腿上的環誌,是鳥類學家標記個體的常用手段。圖片:princeton.edu

而基因時代的研究,則將一切揭示得更加清楚了。研究人員比對了不同鳥類種群中大嘴與小嘴鳥的基因組,發現有一個基因組的位點一致性地顯示出極強的信號——HMGA2基因。它和人類的顱部發育、牙齒萌出有關,也很可能是引起鳥喙大小發生改變的基因。而地雀們,正是依靠其種群內在這個基因上大量的自然變異,才能夠應對不同的環境變化。

“生命以此觀之,何其壯哉,最初生命的幾絲力量被吹入了幾種(或一種)生命的形態之中;同時這顆行星依照固有的萬有引力運轉不停,從這樣一個簡單的開端,演化出了無窮無盡的,最美麗和最奇異的生命形式,並且這一過程仍在繼續。”

達爾文在《物種起源》中這麼說。在那遙遠的加拉帕戈斯群島上,一群小小鳥兒的可愛大嘴上,卻藏著自然的奧秘。它如此引人入勝,又讓人讚歎生命的奇妙。這是一個永恒的事業。我們還有多少事情不知道,又要花多少時間才能真正明白這個自然的奧秘呢?



自然的奧秘,誰能觸及?繪圖:翼狼Elang
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