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古代紐西蘭的頂級獵食者:哈斯特巨鷹的入侵和滅絕

作者:知新了了

有證據表明,鷹是一波羽毛侵略者中的一員。

古代紐西蘭的頂級獵食者:哈斯特巨鷹的入侵和滅絕

上圖:由于缺乏其他大型捕食者,如今已滅絕的哈斯特巨鷹在紐西蘭狩獵恐鳥。 如今,科學家正在研究島嶼鳥類的古老曆史,以更好地了解“自然”的生物學入侵是如何發生的。

長期以來,紐西蘭一直以鳥類的栖息地而聞名。在700年前人類到來之前,這個群島擁有一個獨特的生态系統,幾乎沒有哺乳動物。超過200種鳥類支撐了一個自己的食物網。不是牛或羚羊,而是一種不會飛的鳥類,被稱為“恐鳥(MOA)”。紐西蘭也沒有老虎這樣的頂級掠食者,取而代之的是“哈斯特巨鷹(Haast’s eagle)”。

自從一群農場勞工在19世紀60年代末抽幹沼澤的水,發現了它被掩埋的骨頭,這種鷹就一直吸引着研究人員。探險家兼地質學家朱利葉斯·哈斯特(Julius Haast)首次發表了關于該物種的注釋,他将其描述為“體型巨大的猛禽”。今天,生物學家估計鷹的體重可達33磅(15公斤),比現在已知的任何猛禽都要重約50%。但是翼展隻有2到3米(剛好超出了秃鷹的範圍),這是一種比例奇怪的鳥。

古代紐西蘭的頂級獵食者:哈斯特巨鷹的入侵和滅絕

哈斯特巨鷹的形狀是科學家們在研究這個早已滅絕的物種時面臨的許多難題之一,它隻留下了一些骨骼和零散的碎片。近一個世紀以來,人們一直在争論這樣大的鳥是否會飛,即使在這一争端解決後,人們仍然對這種鳥是否有能力殺死恐鳥存在疑問,在某些情況下,恐鳥比鷹本身還大15倍以上。現在,新的科學技術,加上對紐西蘭地質曆史的更清晰的了解,已經把哈斯特巨鷹置于一個更大的生态讨論中:物種是如何“入侵”新領土的。

科學家們現在相信,這種頂級鳥類是在相對較短的時間内征服紐西蘭的一波羽毛入侵者中的一種。但這并不是唯一的一波入侵。奧塔哥大學研究鷹的生物學家邁克爾·納普(Michael Knapp)說,哈斯特巨鷹(盡管已經消失了幾個世紀)已經揭示了我們生活在一個比我們曾經認為的更加緊密聯系的世界裡。他說,如果這些看似孤立的島嶼反複吸引了如此多的外來物種,那麼“自然入侵”一定是世界各地生态系統中的一個主要力量。

挖掘答案

在科學家對物種滅絕的了解上,紐西蘭一直占據着重要的位置。當西方科學家第一次遇到恐鳥時,這個物種可能會滅絕的想法才出現了幾十年。它們的骸骨很快就成了熱門商品。克賴斯特徹奇坎特伯雷博物館的進階館長、古生物學家保羅·斯科菲爾德(Paul Scofield)說:“正是它讓我們的博物館成為可能。”哈斯特自己創辦了這個博物館,并通過用恐鳥化石交換其他各種考古和動物學珍品,來收集最初的藏品。

古代紐西蘭的頂級獵食者:哈斯特巨鷹的入侵和滅絕

上圖:不會飛的幾維鳥(kiwi)。

紐西蘭保留了一些不尋常的物種,包括著名的不會飛的幾維鳥(kiwi)。結合這些現存的奇形怪狀的東西,恐鳥化石幫助建立了這樣一種觀點:紐西蘭是一個失落的世界,在這裡,古代生物在遠離世界其他地方的庇護下,成功地在大規模滅絕事件中幸存下來。後來的地質學家證明,這些岩石島嶼曾經是他們稱之為“岡瓦納”的超大陸的一部分,但在大約8000萬年前分離開來。1990年,一部電視連續劇将紐西蘭的島嶼描述為“摩亞方舟(Moa’s Ark)”,推廣了這個由來已久的模式的朗朗上口的名字,這個模式描述了紐西蘭充滿鳥類的生态系統是如何形成的。

然而,到了20世紀90年代末,科學家們意識到在大約2500萬年前的漸新世時期,地質和氣候的變化可能會把整個紐西蘭都淹沒在水下。這樣的一場洪水将會消滅島上的大部分物種,如果不是全部的話。這個理論後來被稱為“漸新世溺水”,但遭到了一些科學家的反對,引發了一場關于陸地覆寫面積的激烈辯論。

幸運的是,新技術的出現回答了這個問題。科學家們開始從化石中提取 DNA 并進行測序。這意味着研究人員可以比較古代DNA和現代基因組,并建立現存和滅絕物種之間的進化關系的家譜。這樣的“系統發育”可以大緻确定兩個物種從共同祖先中分離出來的時間,這些資料有助于解決圍繞紐西蘭地質曆史的争論。

2005年,一組科學家發表了一篇論文,将從兩塊哈斯特巨鷹化石中提取的DNA序列與16隻現代鷹的基因組進行了比較。科學家們證明,正如預期的那樣,這種大型滅絕鳥現存的最近的親戚包括澳洲物種。基因組資料表明,族譜在過去幾百萬年裡已經分裂。随後的分析認為,這種差異發生在大約220萬年前。

是以,漸新世溺水假說得一分:鷹似乎是在拟議的溺水時間之後到達的。但後來對紐西蘭其他幾種物種的分析顯示,它們的分化時間大約為數千萬年。有些物種在漸新世時期仍然存在。

到2014年,地質證據已經說服了大多數科學家:是的,紐西蘭的大部分地區已經被淹沒,但仍有一小片土地(大約20%)露出水面。雖然,島上的一些物種可以追溯到岡瓦納島,但包括哈斯特巨鷹在内的許多其他物種都是新來者。

古代紐西蘭的頂級獵食者:哈斯特巨鷹的入侵和滅絕

上圖:澳洲現存最大的猛禽楔尾鷹。

但是,基因分析揭示了一個新的謎團 —— 一個科學家們甚至沒有想到去思考的謎團。科學家們經常将這種已經滅絕的鳥類與澳洲現存最大的猛禽楔尾鷹(wedge-tailed eagle)進行比較。很明顯,它是鷹的近親。相反,這些基因與靴隼雕和小鷹的聯系更緊密,這兩個物種的體重都在2磅左右。(小鷹,顧名思義,是現存最小的鷹種之一。)

這一發現表明哈斯特巨鷹在體型上比它最近的親戚有了巨大的飛躍:在200萬年裡增長了15倍。生物學家邁克爾·納普在最近的一篇論文中指出,這是一個“驚人”的變化速度。我們觀察到狗的體型變化很快,但這是由人類選擇驅動的過程。納普說,據他所知,沒有其他事例表明自然選擇在如此短的時間内導緻了如此顯著的增長。有可能這三種鷹都有一種尚未為人所知的祖先物種,其體型位于中間某處,它的後代可能向不同的方向演變。但納普認為這種情況不太可能發生。第一批任性的鷹從澳洲出發,在一兩天的旅程中被吹過塔斯曼海,降落時的條件對體型越來越大的鳥類有利。

生物學家邁克爾·納普指出,其他猛禽,可能是貓頭鷹或獵鷹,可能以島上最小的鳥類為食。但有大量的恐鳥跑來跑去,從火雞到鴕鳥的大小不等 —— 它們太大了,不可能被大多數猛禽殺死。“有大量的肉沒有被吃掉,”納普說。對于體型最大的鷹來說,這樣的場景很快就會被選中,因為它們最容易吃掉這些獵物。

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上圖:恐鳥複原圖。

納普現在正在轉向這個謎團的最小尺度:通過比較不同種類的鷹的基因組,他想精确地确定哪些基因發生了變化,進而促進了哈斯特巨鷹的快速生長。他說:“找出它在分子水準上的工作原理,這才是真正的下一步。”

另一種鳥

然而,鷹的基因已經幫助我們加深了對紐西蘭生态曆史的了解。第二種已經滅絕的紐西蘭鳥,被稱為艾爾斯的獵鷹(Eyles’s harrier),是曆史上已知的最大的鹞。但這種鳥讓人想起哈斯特巨鷹的不僅僅是它的巨大體型:大鹞似乎也是由一種較小的鳥類進化而來的。納普和他的同僚在2019年報告稱,目前存活的最接近艾爾斯的獵鷹的親戚比其小近五倍。這兩種鹞似乎是在大約240萬年前,從共同的祖先分離出來的 —— 相對接近哈斯特巨鷹的分化時間。

當納普準備在一個關于這項工作的會議上發言時,他對共享的時間産生了興趣。是以,他尋找了其他類似分歧時間的例子。“我找到了很多這樣的人,”他說。當他開始考慮他所說的這種“可疑的聚集”時,他的同僚保羅·斯科菲爾德指出了另一個共性點:最近的候鳥都是開放栖息地的物種。

這兩位科學家和其他同僚提出了一個假說,并于2019年發表在“生态與進化前沿”雜志上:由于地質和氣候變化重塑了島嶼的栖息地,一波鳥類入侵者在相對較短的時間内,抵達了紐西蘭。

大約1000萬年前,澳洲開始變得幹旱。與此同時,紐西蘭仍然是森林密布 —— 至少直到250萬年前,冰河時代開始。随後,大片島嶼冷卻,導緻紐西蘭山頂的冰川開花,一些森林死亡。突然之間,這些島嶼上出現了廣闊的草地:一個全新的栖息地。

納普在《2021年生态學、進化和系統學年度評論》上發表的一篇論文中,以哈斯特巨鷹和艾爾斯的獵鷹為案例研究。他認為,這些都是“自然入侵”的例證。澳洲物種經常穿越塔斯曼海,但它們通常很難與島上現有的物種競争。但當涼爽的氣溫殺死一些森林時,這些新來者發現了一個熟悉的生态位 ——一個紐西蘭物種還沒有進化到填補的生态位。

這個過程是完全自然的,但它對保護有影響。衆所周知,人類可以攜帶物種穿越全球 —— 直接導緻生物入侵。但哈斯特巨鷹和艾爾斯的獵鷹出現的方式表明,人類可以扮演一個更微妙的角色:我們也可以改變栖息地。我們開放和關閉生态位。通過這樣做,我們可以間接地吸引物種進入新的地域。

自第一批人類到達以來,紐西蘭的大部分森林都被燒毀,創造了更開放的栖息地。在人類到達紐西蘭(包括哈斯特巨鷹和艾爾斯獵鷹)之後,大約一半的島嶼鳥類被消滅了。現在,曆史正在重複。在過去的幾個世紀中,紐西蘭已成為澳洲白鹭、白臉蒼鹭和燕子的家園。

古代紐西蘭的頂級獵食者:哈斯特巨鷹的入侵和滅絕

上圖:哈斯特巨鷹、艾爾斯獵鷹和另一種猛禽與人類的比較圖。

生物學家邁克爾·納普表示:“我們在250萬年前看到的同樣的事情,現在正在再次發生。”

關于哈斯特巨鷹,有一件事從來都不是神秘的,那就是是什麼物種把它滅絕了。也許這些鷹是被獵殺的。當然,恐鳥是這樣的,這将足以讓捕食者滅亡。“如果你正在進化,以适應一個特定的、非常罕見的細分市場,那麼當這個細分市場消失的時候,你就會很艱難,”納普說。無論以何種方式,人類都要承擔責任。

是以,雖然你可以把最近的澳洲移民潮視為一個提醒,生态系統正在适應(随着新物種填補缺口,生命仍在繼續),但這個故事也是一個警示。進化史充滿了奇怪的曲折,但也有死胡同。

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