4

17
6

文字

分享

4
17
6

看鳥巢七十二變!從鳥類親緣關係看鳥巢如何演化

研之有物│中央研究院_96
・2021/01/22 ・3498字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 511 ・六年級

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文/張容瑱
  • 美術設計/林洵安

鳥巢在鳥類演化佔有關鍵地位

如果把全世界的鳥巢放在一起看,會發現什麼有趣的模式呢?中研院生物多樣性研究中心洪志銘副研究員、端木茂甯助研究員與臺灣師範大學生命科學系碩士生方怡婷,統整全世界五千多種鳥巢,推算鳥巢的演化史,發現鳥巢與鳥類的演化歷程息息相關,研究成果刊登在《自然通訊》(Nature Communications),跟著研之有物一起來了解。

鳥巢,鳥類演化求生的關鍵

打從幼稚園開始就是動物「控」的洪志銘,笑說自己「一直長不大」,對動物的喜愛都沒有「進化」。他兒時的志願不是動物園的動物管理員,就是獸醫,年紀漸長才知道,要在野外近距離接觸動物,應該從事生物研究。

正式踏上生物研究後,洪志銘選擇以鳥類為主題,從基因的角度探討鳥類如何適應環境、怎樣演化。他花了大把心力研究鳥類繁殖最重要的工具——鳥巢,因為鳥巢是鳥類延續下去的關鍵之一。洪志銘認為,現在地球的氣候愈來愈極端,鳥類更需要保護蛋和幼雛,鳥巢益發不可或缺。

鳥類築巢行為是否能迅速應付環境的改變,將是決定其繁盛或滅絕的關鍵。

「但研究鳥巢演化的人其實很少,」洪志銘解釋:「一般研究鳥巢通常只選擇幾種鳥種來看,我們是用整個鳥類親緣關係樹來做研究,才能全面地了解鳥巢的演化。」

鳥巢七十二變,怎麼看門道?

但鳥巢種類千變萬化,要從哪裡著手?鳥類築巢是非常複雜的行為,先要選擇適當的位置、收集材料,再堆疊或編織成巢。從巢位、巢材,到築巢的方法、巢的外型結構等等,變化很大,可說是有多少種鳥,就有多少種鳥巢!

最後,洪志銘的團隊選擇了鳥巢的外型結構、所在位置、附著方式三個特徵,分析它們如何隨著時間逐漸變化。

「這三個特徵的資料是最齊全的,也容易分類,」洪志銘解釋:「比方說,巢材雖然也很重要,但變化太大,同一種鳥在臺灣用某種草築巢,在菲律賓用的是另一種草,很難歸類,也不容易有完整的資料。」

研究人員查閱《世界鳥類圖鑑》(the Handbook of Birds of the World Alive,HBW)線上版,統整全世界 242 科 5000 多個鳥巢描述;獲取各科鳥類巢的特徵之後,再利用電腦程式,沿著已知鳥類親緣關係樹,回推追溯各科的鳥祖先築的巢是什麼樣子,慢慢建構出鳥巢的演化史。

巢型,來自基因的呼喚

第一個特徵是巢型,主要可分為:無結構、平臺狀、杯碗狀、球狀、球狀加隧道,以及樹洞或土洞等洞巢。

無結構巢是最簡單的巢型,不具有建築構造,鳥直接把蛋下在地面、峭壁或樹枝上,或是用身體、腳在地面刮擦、蹭出一個淺坑,再下蛋於其中。杯碗狀的巢是大家最熟悉的巢型,白頭翁、綠繡眼、家燕的鳥巢,中南部的赤腰燕則是球狀巢附帶長長的隧道。洞巢又可分為兩種,自己挖洞築巢的,例如啄木鳥、五色鳥、翠鳥的巢,屬於「初級洞巢」,像貓頭鷹、鴛鴦、犀鳥等等,使用天然樹洞或其他動物挖鑿的洞穴,稱為「次級洞巢」。

圖中為織巢鳥用嘴喙銜著並編織自己的懸吊式球狀鳥巢,鳥巢開口向下。全世界大多數鳥類都會築巢,鳥巢巢型主要可分為:無結構、平臺狀、杯碗狀、球狀、球狀加隧道,以及樹洞或土洞等洞巢。
圖│iStock

結果發現,巢型的演化大致上是從簡單到複雜:先是沒有結構的無結構巢,發展出堆疊巢材的平臺狀巢,之後是利用天然的洞穴、自己鑿洞,然後是球狀和杯碗狀巢。但也有例外,比如現在最常見的杯碗狀巢,在鳥類演化較早期就曾在特定類群出現過。

再者,鳥的親緣關係愈近,築的巢型愈相似,表示巢的外型結構主要由與生俱來的基因決定。「如果在野外撿到鳥巢,從外型結構大致可以準確判斷是哪類鳥的傑作。」洪志銘說明。

巢位、附著方式,容易受外在影響

再來是巢位 (所在位置),鳥類選擇築巢的位置非常多樣,包括:地上、樹上、非喬木植物、峭壁、河岸等等。鳥類的共同祖先起初是地上孵蛋育雛,接著到樹上築巢,這也是最常見的巢位,大約三分之二的鳥類把巢築在樹上。不過洪志銘分析資料顯示,巢位的變化與基因、親緣關係較不相關,比較容易受到捕食壓力、種間或種內的競爭等外在環境因素影響。

岩燕在岩壁上築起葫蘆狀的泥巢,天敵不容易捕食幼鳥。鳥類選擇築巢的位置,根據捕食壓力、種間或種內競爭可分為地上、樹上、非喬木植物、峭壁、河岸等等。
圖│iStock

最後是鳥巢的附著方式,分成底部支撐、水平分叉固定、側掛和垂吊四種,底部支撐是最常見的,也是最早演化出來的。研究也發現,在本次分析的三種鳥巢特徵中,附著方式與鳥類的親緣關係最不相關。

圖中白頭翁和紅鳩的鳥巢為底部支撐、綠繡眼的鳥巢為水平分叉固定。鳥巢的附著方式,主要分成底部支撐、水平分叉固定、側掛和垂吊四種,以底部支撐最常見。
圖│研之有物

值得注意的是,雖然外型結構、所在位置和附著方式的演化並不同步,卻會相互影響。舉例來說,平臺狀巢或洞巢發展出來之後,鳥類才離開地面,開始在水面或河岸等新的地點築巢;杯碗狀巢或球狀巢出現之後,巢位才擴展到草叢、藤蔓等非喬木植物;杯碗狀巢、球狀巢則和側掛、垂吊等「非底部支撐」的附著方式有著緊密的演化關聯性……構成千變萬化的鳥巢。

輻射適應事件,造就當今鳥類多樣性

這次研究也發現,鳥巢的演化與兩次鳥類輻射適應事件相關。洪志銘解釋說,鳥類輻射適應有兩次,第一次大約在六千五百萬年前,也就是 K-Pg 界線,恐龍滅絕後,鳥類在很短的時間內擴展出很多類群,從僅存的單一個類群「今鳥類」分化出鴕鳥、雞、鴨、啄木鳥等各種鳥類。第二次輻射適應大約在三千萬至四千萬年前,麻雀、燕子、白頭翁、綠繡眼、八哥等雀形目的鳥大量分化出來。現今,雀形目大約占了所有鳥類的百分之六十。

這兩次輻射適應事件,造就了現今地球擁有上萬種的鳥類。洪志銘比喻說:「就像你跑到一座居民撤離後的城市,房子都空了,你愛住哪兒,就住哪兒。」K-Pg 界線時,恐龍和許多鳥類類群都滅絕了,地球上空出很多生存的空間,也就是所謂的「生態區位」,今鳥類便分化出各式各樣的體型、大小、嘴喙等,以占領不同的區位。

至於第二次鳥類輻射適應的發生,目前還不確定原因,洪志銘認為可能與植物多樣性增加有關,因為高高低低、形形色色的植物出現,環境層次變多,生態區位也變多了,促使雀形目大量分化。

第一次鳥類輻射適應,分化出非雀形目的不同類群,搶占恐龍滅絕後空出來的生態區位。第二次鳥類輻射適應,則是雀形目鳥類大量分化出不同類群。

以鳥巢的外型結構來看,巢型的大量變化與第一次輻射適應的時間點相符:巢型原本只有無結構巢,大約在第一次輻射適應時,出現了平臺狀巢、杯碗狀巢和洞巢等不同結構的巢型。

第二次輻射適應事件主要是演化出雀形目的鳥類,可以構築結構更為複雜的巢,並發展不同的附著方式,進而利用新的築巢位置,附著方式和巢位這兩個特徵的多樣化也與第二次輻射適應事件相符。

圖│研之有物

本次研究雖然是在電腦上作業,洪志銘也花很多時間在實驗室做基因研究,但回到生物學家的初衷,他最愛的還是野外近距離觀察生物。

「做生物研究,還是要回到生物本身。基因的變化會在生物身上變化,如果看到基因有意義的變化,很可能是適應環境的結果。」洪志銘的研究團隊還會在鳥類適應環境的過程中,發掘出什麼有趣的模式呢?一起拭目以待!

延伸閱讀


數感宇宙探索課程,現正募資中!

文章難易度
所有討論 4
研之有物│中央研究院_96
232 篇文章 ・ 1695 位粉絲
研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook


1

2
1

文字

分享

1
2
1

今年夏天絕不能錯過——「搞笑諾貝爾獎世界展」首度登台!

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/05/17 ・1966字 ・閱讀時間約 4 分鐘

你一定知道諾貝爾獎,但你知道世界上竟然還有搞笑諾貝爾獎(Ig Nobel Prize)嗎?搞笑諾貝爾獎是對諾貝爾獎的有趣模仿,甚至還會邀請真正的諾貝爾獎得主來參加!

搞笑諾貝爾獎由美國的科學雜誌《不可思議研究年報》的主編馬克·亞伯拉罕斯發起,每一屆都號稱「第一屆」,每次都會頒發十座獎盃給各領域中「無法被複製」或「荒唐到不應該再來一次」的研究者,頒獎要旨是希望讓大家能夠"先大笑,再思考"。臺灣也有多位學者共襄盛舉,並曾六度獲獎,臺灣立法院更曾拿下和平獎,其中原因竟然是因為他們以打架替代戰爭!典禮現場更是充滿歡笑,讓人佩服科學家怎麼一本搞笑做研究!

搞笑諾貝爾獎頒獎現場超搞怪!

  • 量身打造獎盃,每年都以當年獲獎的研究為靈感,製作不同主題的獎盃!
  • 不值錢獎金,得獎者會獲得比壁紙還不值錢的高額辛巴威幣作為獎金。
  • 甜便便小姐,得獎者只有 60 秒的時間能發表感言,只要一超時,年幼的「甜便便小姐」就會大叫:「請停下來吧!煩死人了!」直到得獎者下台。
  • 全場亂飛的紙飛機,頒獎典禮中會安排一名背著一個紅色靶心的人,讓台下觀眾將手中紙飛機射向台上的靶心。
2009 年的得獎者們。

今年夏天搞笑諾貝爾獎世界展將首次登台!廢到笑的研究與發人省思的成果,一次集結歷屆讓人目瞪口呆的得獎研究及五大互動體驗,讓你一本正經的捧腹大笑!展區內充滿更多腦洞無極限的幽默科學得獎,一定要揪朋友一起來漲知識。

5/2-5/26 早鳥 $260 限時搶購,購票請洽:https://kham.tw/t14cjEav

ㄎㄧㄤ到爆獎項搶先看

搞笑諾貝爾獎世界展將集結眾多搞笑諾貝爾獎的獲獎研究,其中有許多讓人會心一笑的內容,像是鴿子也懂藝術?日本學者就曾做過實驗,證明鴿子可以分得出畢卡索和莫內的畫;在野外遇到熊怎麼辦?只要穿上防熊裝就不用怕;指甲刮黑板的聲音經研究證實為世界上最讓人痛苦的聲音!

曾有科學家發明出可迅速變身防毒口罩的胸罩,並成功獲得搞笑諾貝爾獎的公共衛生獎,其發明聽起來很荒謬,但背後原因是胸罩是會隨身穿戴的物品,能夠在緊急時刻變成防毒口罩保護他人,符合了搞笑諾貝爾獎頒獎要旨「先大笑,再思考」,另外還曾有一年的「獸醫學獎」頒給發現幫乳牛取名字,就能夠增加產乳量的專家學者!以及最經典的貓貓是液體嗎?也都存在於搞笑諾貝爾獎的得獎研究裡!

  1. 鴿子也懂藝術?|連鴿子都分得出畢卡索和莫內的畫!
  2. 野外遇到熊了怎麼辦?|穿上防熊裝,再也不怕!
  3. 動物也吃重口味!?|綠頭鴨也有戀屍癖!?
  4. 用「屁」交流!|看看鲱魚怎麼用放「屁」溝通!
  5. 逃跑鬧鐘|還想賴床按鬧鐘嗎?鬧鐘本人跑起來給你追!
  6. 最討厭的聲音!|指甲刮黑板太邪惡了!
  7. 如何增加乳牛的產乳量?|不妨給牠取個名字吧!
  8. 胸罩變口罩|在突發的緊急狀況時胸罩變防護口罩!?  
  9. 恐龍走路長甚麼樣子?|在雞的屁股裝上一根棒子就知道!
  10. 貓是液體嗎?|喵星人的貓體力學大解密!

五大互動體驗,只有實驗了才知道

展區現場將規劃五種關於搞笑諾貝爾獎得獎研究的實際互動體驗,讓你能夠化身為小小研究學者,一起來實際試試看、探討世界上經典的搞笑研究!

  1. 吐司永遠是塗奶油的那面先落地嗎?
  2. 挑戰「說話干擾器」!你能夠堅持把話說完嗎?
  3. 極高速烤肉!液態氧+木炭可以燃起多大的火花?
  4. 活性碳內褲過濾屁味?沒有比較沒有傷害
  5. 旋轉吧!高速助產裝置,離心力有助生產?

2022年最寓教於「笑」的展覽,更多大開眼界的搞怪研究,就在國立臺灣科學教育館等你來刷新三觀! 5/2-5/26早鳥$260限時搶購,購票請洽:https://kham.tw/t14cjEav

 圖/歷屆得獎者授獎畫面
圖/日本展出現場照

展覽資訊

  • 展覽名稱:搞笑諾貝爾獎世界展
  • 展覽日期:2022 年 6 月 25 日(六)至 2022 年 9 月 11 日(日)
  • 展覽地點:國立臺灣科學教育館 七樓南側特展區(臺北市士林區士商路 189 號)
  • 展覽時間:平日9:00-17:00/週末、國定假日、暑假 9:00-18:00
    (閉展前 30 分鐘停止售票及入場)
  • 休展日:6/27(一)、9/5(一)
  • 主辦單位:寬宏藝術經紀股份有限公司、三貝多股份有限公司
  • 企劃單位:株式会社ドリームスタジオ(Dream Studio Company)
  • 授權單位:IMPROBABLE RESEARCH, INC.

購票請洽:https://kham.tw/t14cjEav


數感宇宙探索課程,現正募資中!

所有討論 1
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
9 篇文章 ・ 7 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia