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鳥事:大鳥小鳥,還有牠們的羽毛

Gilver
・2014/08/24 ・5137字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 492 ・五年級

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鳥的眼神百般神韻,純真如雀、尖銳如鷹;鳥的身形人心嚮往,流線型的身體輕盈優雅,強壯的翅膀騰空而飛;鳥的鳴唱,是迴盪密林的餘音繞樑,也可以是敲響農忙的晨鐘。鳥如此迷人,也難怪梁實秋在《鳥》一文直白地以「我愛鳥」開門見山,絲毫不掩飾他對這群靈巧生物的熱愛。

雖然多數人都會欣賞鳥的各種姿態,卻難有餘韻去仔細凝視牠們、觀察牠們的行為。因此,本期微型點子對撞機(M.I.C.)邀請到「台灣猛禽研究會」成立發起人之一的林文宏先生,以及中研院生物多樣性研究中心的黃貞祥研究員,分別從台灣都市與異國森林兩個完全不同的生態界域,為我們揭示那些鳥類令人驚豔的秘密和驚奇。

林文宏:漫談鳥類的生存之道

林文宏先生參與過20個以上的鳥類調查研究計畫,鍾情於鷹類等猛禽,長年與同好一起關注猛禽的生態和保育,現任「台灣猛禽研究」會刊之主編。今天要來和大家分享他住在都市觀察到的「鳥」生百態,談談這些都市常見鳥類的生存之道。

看似普通的鳥,其實也不普通!

鳥是很特別的生物,飛翔不但是牠們的拿手,還飛出各種獨門絕活。許多賞鳥人喜愛的游隼,牠的瞬間俯衝速度可達時速三百公里;飛行高度最高的鳥類,能夠拔升一萬公尺、飛越喜馬拉雅山度冬;體型嬌小、動作靈巧的蜂鳥,可以在訪花的時候「定格」在空中;有些鳥是獵魚高手,能夠俯衝至水中捕魚而不弄濕自己。然而,這些精采的鳥事對於台灣的觀眾來說,卻好像都是操著外語的科學頻道播送的畫面。台灣的鳥,尤其是都市裏面的鳥,好像就沒有那麼厲害。真的嗎? 林文宏認為,台灣的鳥看起來很普通,但若是仔細觀察下來,你會發現有些常見鳥的生存之道其實是很有趣的。在這次演講中,林文宏介紹了十二種在台北市都看得到的鳥類,且聽他娓娓道來。

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要活得不起眼,也沒那麼容易

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若要列一張都市裡最常見的鳥類清單,麻雀必然是榜上有名。林文宏形容牠們是「不起眼的遜咖,才是超級A咖。」這話怎麼說呢? 麻雀雖然無法飛得快,也不太能瞬間起飛到幾層樓高,卻是都市裡唯一能在人類腳邊啄食的鳥類。牠們的嘴喙使得牠們易於取食穀類,在農業時代即與人類共存,也比較不怕人。不過,在取食的同時,牠們也持續警戒著周遭環境的危險,如果你靠得太近,牠們就會靈巧的拔地而起,飛向四面八方─反正只要比你的頭頂高個兩公尺,你就抓不到啦!

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另一個和麻雀體型相仿的小型鳥類是綠繡眼,林文宏形容牠是「站在尖端的小精靈」。牠只吃小的東西,卻吃個不停。牠的嘴喙細小,只能取食一些比較小的食物,例如花蜜、花粉、小型昆蟲、小蜘蛛等,而環顧整個花園庭院,這些小食物通常都位在最尖端。正因為綠繡眼的輕巧,牠才能活躍於枝梢尖端,取食那些位在其他競爭者不敢踏足之地的小食物。另外,綠繡眼的巢也小小的織在樹枝之間,常在四、五月可以在枝頭末端或人類的陽台上看到。

目中無人的中型鳥類

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俗稱大卷尾的烏秋,體型不大不小,卻連貓狗、甚至天上飛的老鷹都敢修理,有時意外的會成為其他小鳥的守護者。牠的嘴和爪都十分銳利,主要取食昆蟲,也會吃老鼠或其他小鳥。烏秋喜歡把巢築在一些採光良好、視野開闊、沒什麼遮擋的地方,例如電纜或電線桿上明顯的位置。牠不怕迎面而來的挑戰書,反倒比較擔心其他生物的偷襲,例如巢可能會被蛇趁虛而入。

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在都市的河濱常見的鳥類中,喜鵲是體型較大的鳥類,牠沒什麼天敵,喜歡在河濱活動。牠是都市鳥界的豪宅主人,林文宏就曾在內湖拍攝到一個高達1公尺的誇張大巢,好像在宣示地盤一樣。另一種鳥類黑領椋鳥則像是蓋違章建築的怪客,由於都市裡的河濱地區適合築巢的樹較少,競爭激烈,因此牠的築巢地點較為隨便、巢形較為凌亂,甚至曾把巢築在工程車臂上。

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時代變了,習慣改了,競爭來了

在農田裡,常見的鳥類之一是牛背鷺。過去農民仍用水牛犁田時,牠們喜歡停在牛背上,吃那些從被牛踩踏的植物間隙遁逃出來的昆蟲。如今進入農機時代,牠們轉而逐「鐵牛」覓食,林文宏說,反正牠們「有牛就是娘」。另一群水鳥像是小白鷺夜鷺等,也隨著都市開發和人為活動改變捕魚的方式,過去牠們都是在水邊和魚塭自己捕魚,但最近牠們開始會尾隨釣客,現場撿食釣客不要的魚,比如朱文錦或吳郭魚之類的。 在台北的河口地區散步,常可以見到在爛泥上優雅漫步的埃及聖鹮。牠們在古埃及文明中是神聖的鳥,被認為可以驅魔;然而在二十幾年前開始出現於台灣各地河口地區,疑似是從動物園裡脫逃,並在野外繁殖、成為外來種。牠們在深深的爛泥地上適應得很好,和本土的河口鳥種(例如白鷺鷥) 競爭棲位和資源。

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同樣類似外來種競爭在地種在都市的案例,便是本土八哥鳥 vs. 外來的三種八哥。本土八哥需要天然的洞穴來繁殖,但外來種喙利用的洞卻很都市化、多樣化,像是紅綠燈上的支撐管中,這種高強的適應能力使得本土的八哥反而敗下陣來,在都市中不易見到。這些外來種八哥包括家八哥爪哇八哥輝椋鳥

城市裡的遠眺者

在人造城市裡,聳立的水泥建築製造了許多制高點,有些猛禽因此遷入都市,成為君臨水泥叢林的城市之鷹。蛇鵰充分利用人造建築的制高優勢,拓寬了牠的獵場;鳳頭蒼鷹獵鳥功夫十分了得,原本住在樹林裡的牠,現在常以公園裡的鴿子、老鼠和松鼠為食。而全世界打獵飛行最快的鳥游隼,是懸崖上的閃電殺手,喜歡以摩天大樓的縫隙作為根據地,並俯衝出去獵食鴿子。 無論是兇猛如鷹、或是平凡如麻雀,其實光是在都市裡找到自己適合的位置、發揮適合自己的生存策略,就是件不容易的事了。林文宏以這句話作結:「對自然界的萬物而言,只要能活著,就是人生勝利組。」

黃貞祥:鳥羽之美

黃貞祥研究員(Gene Ng)目前任職於中研院生物多樣性研究中心,長期經營公眾科學議題部落格 The Sky of Gene,也是泛科學的專欄作者之一 ( 發表文章請按此 )。他在中研院李文雄院士的實驗中研究鳥羽多樣性的遺傳基礎,今天帶來的講題則是「鳥羽之美」。

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所謂鳥樣,該是什麼樣?

鳥,就長得一臉鳥樣,但鳥該是個什麼樣呢?牠們披羽,有翅膀,有喙、沒有牙齒。在生物學上最嚴謹的定義上,鳥屬於爬蟲類。牠們最近的近親是鱷魚,和其他現生爬蟲類有共同的祖先。

鳥的祖先可能就是披有羽毛的恐龍,像是電影《侏儸紀公園》裡大名鼎鼎的迅猛龍,若和化石證據比對,會發現牠們其實是披著羽毛的。因此,羽毛其實不是鳥類獨有的特徵。

 

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現今,沒有任何一隻鳥長得像迅猛龍或鱷魚。鳥的祖先經歷了幾場驚奇大演化,讓牠們出現許多有趣的特徵。有些讓牠們變得漂亮,有些讓牠們找到新的生存之道。牠們是地球上分布最廣的脊椎動物,從熱帶雨林到酷寒的南極,都可以是「鳥地方」。 黃貞祥說,公鳥的羽毛通常比母鳥的漂亮。面對登門造訪的眾多求愛者,母鳥的審美標準很高,不需要教育部來教她們何謂美感 (笑)。鳥類多樣性所造就的羽毛能有多華麗?除了我們能想像得到的各種華美斑紋,甚至還能出現3D立體感的驚奇圖案。就算不談及不同種鳥類的鳥羽多樣性,光是同一隻鳥身上羽種之多就夠叫人嘖嘖稱奇,且各具有不同的功能。 黃貞祥說:鳥是藝術家。接下來,他就要帶領聽眾看看幾種鳥類,牠們的羽毛和行為保證讓你瞠目結舌。

華麗至極的鳥羽絕活,都是為了求偶

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馬來西亞、婆羅洲一帶的冠青鸞 (Great argus),在亞洲地區有人叫牠鳳凰。公鳥在求偶時,會把所有華麗的飛羽張開。飛羽上,密布著大大小小如珠的斑紋,更誇張的是它們竟然還有立體感,在光線透射下簡直具有3D效果!但畫面上這隻母鳥似乎有點無動於衷 (笑)。

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新幾內亞有42種的天堂鳥,又稱為極樂鳥,牠會以「變身」來博得異性的芳心。新幾內亞的食物豐富,使得雄鳥們有餘韻去布置一個華麗的巢,把心思都花在求偶上。在站上舞台之前,還得先把雜亂的樹枝和碎屑清掉,才能開始展示牠的行為藝術。有的雄鳥比較聰明,會先鳴叫吸引母鳥的注意再開始跳舞,像是影片中這隻華美極樂鳥(Lophorina superba),牠用尾巴開出一個屏幕,好像變形金剛一樣。 華美極樂鳥是新幾內亞所有天堂鳥裡競爭最激烈的,研究發現一隻母鳥必須要從15-20隻公鳥的舞蹈中挑選牠的最佳伴侶。

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另外,有些求偶色,其實存在人眼所能看見的範圍之外。鳥的視覺感官比人類厲害太多,能看見的波長範圍極廣,其中就包括UV光 (紫外線)。Arnold等人於2002年發表的研究中指出,若是在鸚鵡的羽毛上塗上抗紫外光的防曬乳,母鳥的興致就會大為降低,影響交配的機率!

以羽為弦的鳴響

棲息於南美洲的梅花翅嬌鶲(club-winged manakin)求偶的招數是音樂表演。牠的移動速度非常快,需要用高速攝影機捕捉其身影,要快到1秒500幅攝影才抓得到。康乃爾大學的研究團隊發現,牠所發出的求偶之歌,竟然是來自於飛行羽,震驚了整個學界!梅花翅嬌鶲的聲音是從第五根翅羽撥動第六根,其振動頻率高達每秒100次,類似於小提琴發出弦音的原理。另外,還有一種求偶行為非常酷炫的紅頂嬌鶲(red-capped manakin),甚至還會表演月球漫步

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除了嬌鶲,利用聲音來吸引母鳥青睞的還有蜂鳥。美聲女神蜂鳥(calliope hummingbird)是北美洲體型最小的蜂鳥,身長只有11cm、體重僅有23公克。牠振翅時會發出聲響,在高速攝影機的捕捉下,能夠看到牠每拍幾次翅膀會暫停一次。值得注目的是,牠會飛高20-30公尺,並高速俯衝向下,一面張開尾羽展示,發出特別的聲音吸引母鳥的青睞。在北美洲,蜂鳥的尾羽演化得很快,出現各種特別的尾之鳴唱。不同的蜂鳥尾羽形狀不一,透過風洞實驗和高速攝影機,科學家發現蜂鳥尾羽的振動方式、羽毛構型、頻率、承風角度、羽毛數目都會影響發出的聲響。

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貓頭鷹的無聲飛行

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有時候,飛行時會發出聲音是很糟糕的事情,例如說貓頭鷹捕食動物。貓頭鷹的飛羽在迎風面長得像梳子,使得通過飛行羽亂流極小化,頻率低到嚙齒類聽不見。而翅膀較內側部分的羽毛是很蓬鬆的,當作吸音板的功用。以「梳形」降低亂流,以「蓬鬆」吸收噪音,就是貓頭鷹無聲飛行的成功關鍵。 最後,黃貞祥也推薦商周出版的《鳥羽》給大家,在這本書中你將能看到如何見微知著,從鳥羽窺見鳥的生命。

Q&A (節錄)

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Q:都市中是不是能有能讓鳥類棲息的結構? 林文宏:都市鳥類多以椋鳥科為主,例如八哥。除了演講中提到的紅綠燈,所有沒接好的結構都會變成他們的築巢洞。另外,我們偶爾會見到鐵絲、塑膠等材質變成鳥類築巢的素材。Q:鮮明的色彩和形狀會不會讓他增加被捕食的機率? 黃貞祥:「感官偏好」可能使得鳥的求偶色變得多樣化。至於被捕食的機率和求偶色鮮明之間的關係,可以從「好基因理論」(Good genes hypothesis)「不利條件原理」(handicap principle) 去做討論。

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Created with flickr slideshow.

 

【關於 M. I. C.】 M. I. C.(Micro Idea Collider,M. I. C.)微型點子對撞機是 PanSci 定期舉辦的小規模科學聚會,約一個月一場,為便於交流討論,人數設定於三十人上下,活動的主要形式是找兩位來自不同領域的講者,針對同一主題,各自在 14 分鐘內與大家分享相關科學知識或有趣的想法,並讓所有人都能參與討論,加速對撞激盪出好點子。請務必認知:參加者被(推入火坑)邀請成為之後場次講者的機率非常的高!

本場演講由科技部「科普資源整合運用推廣計畫」支持,PanSci泛科學與國家高速網路與計算中心共同舉辦。歡迎大家到科技大觀園閱讀更多科學內容。

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Gilver
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畢業於人人唱衰的生科系,但堅信生命會自己找出路,走過的路都是養份,重要的是過程。

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不為人知的鳥秘密?全都藏在羽毛裡——《五感之外的世界》
臉譜出版_96
・2023/09/19 ・2471字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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比孔雀還要顯眼、高調的鳥類並不多,但如果可以的話,我想請各位先忽略牠那華麗又色彩斑斕的尾羽。我們要將關注焦點放在孔雀頭上形成冠羽的那些硬挺羽毛。

細節藏在羽毛的「振盪頻率」裡

這些長得像鍋鏟的羽毛雖然也很醒目,卻常常被忽略。蘇珊.阿瑪德.康恩(Suzanne Amador Kane)從專門繁殖鳥類的鳥舍與飼養員那裡找來了一些孔雀,再加上一隻來自動物園、曾經不小心飛進北極熊圍欄裡的倒霉孔雀,想要研究孔雀冠羽的用途。

她的學生丹尼爾.凡.貝爾倫(Daniel Van Beveren)在孔雀冠羽上裝設了機械振盪器,並且觀察冠羽的擺動。當機器的振盪頻率為二十六赫茲時──也就是一秒振盪二十六次──冠羽擺動得特別劇烈。這是會令孔雀冠羽產生共鳴的頻率,也正好是雄孔雀求偶時擺動尾羽的頻率,因此康恩對我說:「這不可能只是巧合。」

孔雀冠羽產生共鳴的頻率,正好是雄孔雀求偶時擺動尾羽的頻率。圖/pexels

凡.貝爾倫對著架設好儀器的孔雀冠羽播放各種錄音,假如播出的是真正的孔雀搖動尾羽的聲音,冠羽就會產生共鳴;若是播放其他聲音,例如 Bee Gees 的〈Staying Alive〉,就沒有這種效果。

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該研究結果顯示,站在求偶的雄孔雀面前的雌孔雀或許真的能夠感知到雄孔雀尾羽製造出的氣流。除了看見雄孔雀賣力的求偶動作以外,雌孔雀或許也能感覺到這一番努力。(這種現象也會反過來,有時候雌孔雀也會對雄孔雀展現自己。)

康恩想要拍攝真實的孔雀求偶時冠羽的模樣,觀察牠們擺動冠羽的頻率是否真和尾羽相同,藉此證明她的論點。假如真是如此,就表示孔雀求偶的過程中除了有浮誇的視覺效果以外,其實還存在著人類一直以來都沒注意到的元素;而我們會忽略這些細節,是因為缺少適當的配備。

假如連大自然中如此耀眼浮誇的行為展演中,都有被我們忽視的環節,我們到底還錯失了多少東西?

孔雀細小的纖羽會告訴我們答案

從孔雀冠羽底部細小的纖羽(filoplume)就能找出線索。纖羽的樣子就像一根尖端為簇狀的茅,還能做為機械性受體之用。

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當空氣流動擾動了冠羽,便會擠壓到纖羽,進而觸發神經。大部分的鳥類都有纖羽,而且幾乎都會伴隨其他羽毛一起發揮作用。

鳥類可以透過纖羽掌控羽毛的狀態,因此或許能夠在鳥羽澎亂時即時整理羽毛,重整態勢。不過纖羽還有一項最重要的功用──幫助鳥類飛行。

從孔雀冠羽底部細小的纖羽就能找出線索。圖/pexels

避免失速墜落技巧

鳥飛行的樣子看起來是如此地輕鬆自在,因此我們很可能根本想不到那是一件多費力的事。為了維持在空中飛行,鳥必須一直調整翅膀的型態與角度。如果一切都對了,氣流就能順著翅膀流動,鳥類的身體也就能順利抬升至空中。

然而如果鳥的翅膀角度太大,原本順暢的氣流會形成擾流,抬升的力量也就隨之消失,這種現象叫做失速(stalling)。一旦鳥無法避免這種狀態產生或即時修正,就會從天上掉下來。不過這不常發生,一部分原因是因為纖羽能為鳥類提供必要資訊,因此能夠因應各種情況快速調整翅膀的狀態,避免不幸。

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老實說,這種能力實在相當驚人。我記得有次站在船上看著一隻海鷗緊跟船身飛行;那天風很大,而我們──也就是我坐的船和那隻海鷗──都在高速移動。當我伸出手感受從手上與指間吹過的風時,不禁讚嘆海鷗的翅膀竟然也能產生同樣的作用,讓鳥類能夠在天空中飛翔。

如果一切都對了,氣流就能順著翅膀流動,鳥類的身體也就能順利抬升至空中。圖/pexels

然而我當時我根本不知道鳥類還會運用纖羽判讀氣流,在飛行時不斷微調姿態。法國的眼科醫師安德烈.羅尚-杜維尼奧(André Rochon-Duvigneaud)曾描述鳥是「一對靠雙眼引導方向的翅膀」,不過這個說法還不夠正確──鳥的翅膀其實會為自己找到方向。

蝙蝠翅膀長得不一樣,功能卻一點都不差

蝙蝠的翅膀也是如此。牠們翅膀的薄膜雖與鳥羽構造大不相同,敏感度卻不相上下。蝙蝠的翅膀薄膜上布滿有敏銳觸覺的毛髮,這些毛髮從小小的半圓球狀上凸出,並且連接著機械性受體。

蘇珊.斯德賓發現這些毛髮大多數只會對來自蝙蝠背後往前吹拂的氣流有反應,而這種現象通常在蝙蝠快要失速時才會出現。因此蝙蝠其實就跟鳥類一樣,都能感覺出快要失速的狀態,也能夠及時採取行動修正。

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多虧這些毛髮,蝙蝠能以陡峭的角度飛行、在空中盤旋和後空翻,捕捉在尾巴附近的昆蟲,甚至還能以頭下腳上的姿態降落。當斯德賓以除毛膏去除蝙蝠翅膀上的毛髮,並讓牠們飛過障礙物後,可以發現毛髮消失對牠們產生的影響非常明顯。

蝙蝠翅膀的薄膜雖與鳥羽構造大不相同,敏感度卻不相上下。圖/pexels

牠們雖然不會墜落,卻會選擇與周邊的物體保持相當的距離,轉彎的角度也比平常更大,姿態更笨拙;反之,假如牠們翅膀上的毛髮完好無缺,就能夠以離物體僅僅幾公分的姿態飛行,還能做出過髮夾彎一般的飛行動作。

對牠們來說,氣流感受器的存在與否決定了牠們只能用一般方式飛行,還是能夠進一步做出各種飛行特技。

對於其他動物來說,這些感受器的存在很可能更是存亡與否的關鍵。這或許就是為什麼它們會演變為這世上數一數二敏感的器官。

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——本文摘自《五感之外的世界:認識動物神奇的感知系統,探見人類感官無法觸及的大自然》,2023 年 8 月,臉譜出版,未經同意請勿轉載。

臉譜出版_96
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臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

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陸地上的首批動物是什麼?又是如何上岸的呢?——《直立猿與牠的奇葩家人》
大塊文化_96
・2023/08/19 ・3911字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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從志留紀末期到泥盆紀這段時間,地球的大陸成了首批陸生動物的家園。
狀似馬陸的呼氣蟲是最早的節肢動物先驅。
同時,蜘蛛與蠍子的早期親屬,也利用已在地球表面建立起來的植物與真菌生態系。
牠們在陸地上進食、繁殖與死亡,為陸地食物網增添了新的複雜性,也為後來從水邊冒險登陸的其他動物提供了獎勵。

動物隨著地球的演化踏上岸

隨著地球表面被植物染綠,動物跟隨植物的腳步上岸只是時間問題。

隨著地球表面被植物染綠,動物跟隨植物的腳步上岸只是時間問題。圖/envato

第一批維管束植物在地球大陸的年輕土壤中安家後不久,節肢動物踏進了這些矮樹叢。這些無畏探險家留下的最古老證據之一,是在蘇格蘭亞伯丁附近出土的一塊化石,名為呼氣蟲(Pneumodesmus)。

牠是一種多足類,與馬陸和蜈蚣屬於同一個群體。雖然原本將牠的年代界定在四億兩千三百萬年前的志留紀,但是近期研究顯示牠可能更年輕,生活在最早期的泥盆紀。

無論如何,到了泥盆紀,動物已經在陸地上站穩腳跟,而呼氣蟲更是最早在地球上行走的動物之一。

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發現目前唯一的呼氣蟲化石

目前出土的呼氣蟲化石只有一件,而且只是一塊一公分(○.四英寸)的身體碎片。

然而在這一小塊化石中,可以清楚看到很多隻腳,從一隻可識別的馬陸狀動物的六個體節長出來。

呼氣蟲的外觀可能和這種現代的馬陸很像。圖/大塊文化

更重要的是,呼吸結構的細節清楚可見:外骨骼角質層上有稱作氣門的孔。這些氣門讓氧氣與其他氣體進入並離開身體,這塊化石也是根據這項特徵而命名為呼氣蟲(Pneumodesmus 的「pneumo」來自希臘文的「呼吸」或「空氣」)。

這塊化石提供了第一個呼吸空氣的決定性證據,這是一種全新的演化適應,為數百萬微小的節肢動物探索者,以及追隨牠們的捕食者,開放了大陸的表面。

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最古老的多足類演化過程

在泥盆紀,呼氣蟲並非獨自生活在植被中。還有許多多足類和牠一起生活,最古老的多足類化石出現在志留紀與泥盆紀的岩層。

儘管不屬於任何現代的馬陸或蜈蚣群體,牠們是現存馬陸與蜈蚣的早期親戚,外表與馬陸和蜈蚣非常相似,具有分節的長條狀身體許多腳―馬陸每個體節的兩側各有兩隻腳,蜈蚣則只有一隻。

目前已知有最多腳的馬陸是全足顛峰馬陸(Illacme plenipes),擁有七百五十隻腳。現存的大多數馬陸都是食碎屑動物,以腐爛的植物為食。這些動物的化石紀錄很少,因此每一件化石對於我們瞭解生命從水裡浮現的過程都特別珍貴。

一隻有著 618 條腿的雌性 Illacme plenipes。圖/wikipedia

最早的多足類,可能是受到早期植物產生的新食物來源所吸引,才來到陸地上。

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最早的蛛形綱動物也充分利用了頭頂上的廣闊天地。蛛形綱動物包括蟎、蠍子、蜘蛛與盲蛛。牠們有八隻腳(不同於昆蟲的六隻腳),大多數仍生活在陸地上,儘管少數(如水蛛〔Argyroneta〕)又回到水中生活。

奧陶紀與志留紀的化石顯示,蛛形綱動物和其他節肢動物可能在更早的時候就偶爾會出現在陸地上,但是到了泥盆紀,有些已經完全過渡到能夠呼吸空氣的狀態。最早的蛛形綱動物是角怖蛛,這是一個已經滅絕的群體,看起來像是蜘蛛與蟎的雜交體。

蟎與擬蠍也很多,後來還有類似蜘蛛、具有吐絲管能製造絲的始蛛(Attercopus)。就像今天一樣,這些早期的蛛形綱動物大多是捕食者,可能以其他從水邊冒出來的節肢動物為食。

到泥盆紀末期,出現了第一批昆蟲,據估計,昆蟲構成今日地球上所有動物生命的 90%。最後,一些脊椎動物也過渡到陸地上,這或許是受到尋找新的食物來源所驅動。

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我們所知的陸地生命基礎終於到位了。自此之後,演化在這些群體中繼續發揮作用,創造出我們今日所見的驚人多樣與多量。

節肢動物牠們有什麼用處呢?

節肢動物通常被看作是害蟲,昆蟲尤其如此。

然而,牠們在整個地球的運行中扮演十分重要的角色。現在有超過一萬六千個多足類物種、六萬種蛛形綱動物,以及大約一千萬種的昆蟲。

牠們不僅在地球最早期生態系中舉足輕重,至今對自然界及人類的世界仍然非常重要。

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多足類處理森林中的落葉,成為營養循環中的一個重要齒輪。蜈蚣通常是捕食者,最大的蜈蚣甚至能吃小型哺乳動物與爬蟲類。

蛛形綱動物大多也是捕食性的,因此在調節獵物的族群數量方面,發揮重要的作用。這裡所指的包括昆蟲害蟲在內,這些害蟲數量不受控制,就會損害植物的族群數量。因此,不起眼的蜘蛛對人農業非常重要。

蟎與蜱可以寄生並傳染疾病,對人類及其他動物構成威脅,其他昆蟲也會造成類似的危險。然而,昆蟲的角色變化多端,其價值確實無法估量,包括生產蜂蜜,甚至以其勤奮的活動精明操控整個生態系,例如蜜蜂、螞蟻與白蟻。

許多節肢動物都有毒,有些對人類甚至具有致命性。然而,讓獵物喪失能力和死亡的毒液也可發揮其他用處;蜘蛛毒液已被用作替代的殺蟲劑,科學家也正在研究其醫藥用途,以及在新材料上的應用。

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蜘蛛毒液已被用作替代的殺蟲劑,科學家也正在研究其醫藥用途,以及在新材料上的應用。圖/envato

此外,節肢動物可以為包括彼此在內的無數動物提供食物來源。許多節肢動物是人類的食物,包括狼蛛、蠍子、蚱蜢、白蟻與象鼻蟲等。

目前,世界各地有多達二千零八十六種節肢動物被當成食物,而且至少從舊石器時代開始,牠們已經成為食物的來源。

有人認為,隨著人類人口不斷增加,昆蟲尤其可能在未來提供重要的蛋白質來源―這是資源密集型肉類養殖的替代方案。

我們很難想像一個沒有節肢動物的地球;事實上,這樣的地球可能無法存在。早在泥盆紀,世界就是節肢動物的天下。

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但牠們冒險去到的地方,捕食者也在不遠處。節肢動物的存在,為另一個從水中出現的動物群體提供了食物,而這個動物群體在人類的演化史上特別重要:這裡講的是四足動物。

——本文摘自《直立猿與牠的奇葩家人:47種影響地球生命史的關鍵生物》,2023 年 7 月,大塊文化,未經同意請勿轉載。

大塊文化_96
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由郝明義先生創辦於1996年,旗下擁有大辣出版、網路與書、image3 等品牌。出版領域除了涵括文學(fiction)與非文學(non-fiction)多重領域,尤其在圖像語言的領域長期耕耘不同類別出版品,不但出版幾米、蔡志忠、鄭問、李瑾倫、小莊、張妙如、徐玫怡等作品豐富的作品,得到讀者熱切的回應,更把這些作家的出版品推廣到國際市場,以及銷售影視版權、周邊產品的能力與經驗。

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黔金絲猴物種起源,竟是近親雜交形成?
寒波_96
・2023/08/11 ・3267字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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新物種如何誕生,是演化最重要的主題之一,正如達爾文代表作的書名《物種起源》(The Origin of Species,也常譯作《物種源始》)。隨著基因體學帶來愈來愈多新知識,人們對物種的想法也不斷演變。

2023 年發表的一項研究調查多種金絲猴的基因組,意外發現有一種金絲猴,竟然直接由不同物種合體形成。這是靈長類的第一個案例,動物中也相當少見。

黔金絲猴。圖/Current status and conservation of the gray snub-nosed monkey Rhinopithecus brelichi (Colobinae) in Guizhou, China

五種金絲猴的親戚關係

金絲猴(snub-nosed monkey,學名 Rhinopithecus,也稱為仰鼻猴)主要住在中國西南部和東南亞,目前有五個物種。牠們的中文名字依照地名,英文名字則多半根據顏色。

古時候金絲猴的分布範圍更廣,像是台灣也曾經存在過,如今卻只剩下化石。現今五個物種分別為:

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*(雲南)滇金絲猴(black-white 黑白,學名 Rhinopithecus bieti

* 緬甸金絲猴(black 黑,學名 Rhinopithecus strykeri

*(四川)川金絲猴(golden 金,學名 Rhinopithecus roxellana

*(貴州)黔金絲猴(gray 灰,學名 Rhinopithecus brelichi

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* 越南金絲猴(Tonkin 越南東京,學名 Rhinopithecus avunculus

五種金絲猴。圖/參考資料1

比對五款吱吱的 DNA 差異,可知滇、緬甸金絲猴的親戚關係最近,川金絲猴則和黔金絲猴較近,但是黔金絲猴明顯介於兩者之間。黔金絲猴在自己獨特的變異之外,僅管基因組整體更接近川金絲猴,也有不少部分和滇、緬甸金絲猴相似。

見到不同物種之間共享血緣,最直覺的想法是,兩者的祖先發生過遺傳交流。但是詳細比對後,研究猿認為還有機率更高的可能性。

最滑順的劇本是,大約 197 萬年前,滇、緬甸金絲猴的共同祖先,和川金絲猴分家;又經過十幾萬年,約莫 187 萬年前,兩群金絲猴再度合體,形成一個全新的支系,也就是黔金絲猴的祖先;後來滇、緬甸金絲猴再衍生出兩個物種。

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這形成如今我們見到的狀態:黔金絲猴大約 75% 血緣來自川金絲猴,25% 源於滇、緬甸金絲猴的共同祖先。

四種金絲猴的親戚關係,與遺傳交流。圖/參考資料1

靈長類首見,雜交直接形成新物種

或許有人會疑惑,看起來都是共享 DNA 變異,上述說法和「不同物種之間,發生過遺傳交流」有何差別?

差別在於,所謂「不同物種之間」,指的是新物種已經誕生一段時間以後,彼此間又發生 DNA 交流,這個一點都不稀奇。例如 A、B 物種間發生關係,變成 A 的遺傳背景下,又有一點 B 血緣的物種。

但是黔金絲猴的狀況是,新物種之所以誕生,就是不同物種直接合體所致。例如 A、B 物種發生關係,衍生出差異更大,不是 A 也不是 B,足以認定為新物種的 C。

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假如重建的劇本為真,這就是首度在靈長類中觀察到,不同物種直接合體形成新物種的「hybrid speciation」。可以翻譯為「雜交種化」,不過「合體種化」似乎更直觀。

哥倫比亞猛獁,想像畫面。圖/wiki

經由兩個物種雜交,直接產生新物種的方式,植物較為常見,哺乳類動物極少。此前古代 DNA 研究認為,已經滅絕的美洲大象「哥倫比亞猛獁」(Columbian mammoth,學名 Mammuthus columbi)是不同猛獁象合體產生的新物種,但是證據沒那麼充分。

或許沒有那麼罕見?

直接雜交產生新物種,會很難想像嗎?仔細想想,金絲猴的案例可能沒那麼驚悚,或許還有某種程度的普遍性。

回到當初的情境,所謂「兩個物種」在當時其實只分家十萬年而已,差異應該仍很有限。是又累積 180 萬年的分歧到今日,才顯得親戚之間明顯有別。

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這邊 197 萬、187 萬、十萬年都是根據 DNA 變異的估計,實際數字未必如此。不過順序大概差不太多,就是首先分出兩群,很短的時間後又合體產生第三群,再經歷好幾倍的時間直到現在。

假如川金絲猴不幸滅團,缺乏樣本可供比較,那麼黔金絲猴與另外兩種近親,看起來就單純是 187 萬年前分家。

值得注意的是,我們能判斷演化樹上的不同分枝曾經合流,來自對樹形的比對。假如川金絲猴不幸滅團,這棵演化樹中我們只剩下三個物種的樣本,便會判斷黔金絲猴是跟另外兩種親戚分家而成,卻完全不會察覺有過合體種化。

這麼想來,雜交誕生新物種的現象,或許沒那麼罕見,只是時光抹去了許多痕跡。

血緣融合,猴毛也是奇美拉

另一有趣的發現是毛色演化。金絲猴現今四個物種,外表的毛色為一大差異。毛色與深色素有關,深色素愈多,毛色會顯得愈黑,相對則是愈淡,會呈現白毛、黃毛、金毛。

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身為不同演化支系合體的產物,黔金絲猴的毛色也混合兩邊的風格。頭和肩膀的淺色,類似川金絲猴;手腳的深色,則類似滇、緬甸金絲猴。

基因組合體以後,兼具兩群影響毛色的基因,形成混合的毛色搭配。圖/參考資料1

金絲猴毛的顏色深淺,取決於不同色素的相對比例。棕黑色素(pheomelanin)愈高,毛色愈淡;真黑素(eumelanin)愈高,毛色愈深。例如猴毛中含有大量棕黑色素、少量真黑素,便會呈現金毛。

很多基因有機會影響色素與毛色。分析得知金絲猴們有 5 個基因和毛色關係密切,黔金絲猴的基因組來自兩個支系,比對發現,三個基因 SLC45A2MYO7AELOVL4 繼承自川金絲猴,兩個基因 PAHAPC 則源於滇、緬甸金絲猴。

這些基因如何影響毛色,仍有許多不明朗之處。最明確知道的是,SLC45A2 基因表現降低,會使得棕黑色素產量上升,令顏色變淡。PAH 基因表現增加,可以讓顏色加深。

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同一隻金絲猴不同部位的細胞,同一批基因經由不同調控,就能控制毛色深淺。

這篇文章介紹的演化基因體學分析手法,對許多人大概不算容易,但是這些研究帶來的趣味,倒是不難體會。

延伸閱讀

參考資料

  1. Wu, H., Wang, Z., Zhang, Y., Frantz, L., Roos, C., Irwin, D. M., … & Yu, L. (2023). Hybrid origin of a primate, the gray snub-nosed monkey. Science, 380(6648), eabl4997.
  2. The Primate Genome Project unlocks hidden secrets of primate evolution
  3. Biggest ever study of primate genomes has surprises for humanity
  4. Hundreds of new primate genomes offer window into human health—and our past
  5. van der Valk, T., Pečnerová, P., Díez-del-Molino, D., Bergström, A., Oppenheimer, J., Hartmann, S., … & Dalén, L. (2021). Million-year-old DNA sheds light on the genomic history of mammoths. Nature, 591(7849), 265-269.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。