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變異于歐亞大陸的蜂鳥,卻飛去美洲和食物搶食物?

變異于歐亞大陸的蜂鳥,卻飛去美洲和食物搶食物?

"亞洲蜂鳥"對我們這些從國小教科書中了解世界并對此感興趣的人來說是一個打擊。為了彌補這種遺憾,人們參考了蜂鳥的形狀、覓食行為和非常相似,但血迹斑斑的太陽鳥叫"亞洲蜂鳥",甚至把騾子誤認為是蜂鳥,最後叫"蜂鳥鷹"(Macroglossum stellatarum)。

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蜂鳥鷹

幾乎所有已知的338種蜂鳥物種都集中在拉丁美洲,其中大部分在熱帶和亞熱帶的中美洲和南美洲,但有些生活在溫帶地區。鳥類,顧名思義,主要依靠花蜜作為食物,當然,像其他鳥類一樣,它們捕食小昆蟲。

但2004年德國鳥類學家傑拉爾德·邁爾(Gerald Mayr)在德國巴登-武爾特貝格州(Baden-Wuertberg)發現了3000萬年前的蜂鳥化石,改變了長期以來人們一直認為蜂鳥是美洲原住民的信念,是研究蜂鳥進化的重要一步。

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這些蜂鳥化石儲存在德國斯圖加特的一家博物館中。與其他較大的脊椎動物不同,蜂鳥不會留下很多化石。此前,科學家在巴西和巴哈馬的土壤中發現了蜂鳥化石。這些化石形成于地質時代的更新世時期,大約在260萬至1萬年前。

邁爾新發現的蜂鳥化石并不完整,其特征更像是雨燕,而不是現代蜂鳥。再加上長期以來一直被認為是美洲獨有的蜂鳥,梅耶爾更仔細地觀察了它們,最終證明了它們是早期的蜂鳥化石,并将它們命名為"歐洲蜂鳥"。

我們的習慣是多麼相似,我們都不得不承認,他們之間沒有特殊的親緣關系,但似乎八極無法擊敗雨燕和蜂鳥有着很深的淵源。

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蜂鳥(左)可以打花蜜,而太陽鳥(右)不能

蜂鳥,雨燕和雨燕屬于雨燕,其共同祖先生活在4200萬年前的歐亞大陸。為了進一步探索蜂鳥的進化,加州大學伯克利分校的Jimmy McGuire和他的同僚Robert Dudley花了十年時間收集451種蜂鳥的DNA資料,并繪制了蜂鳥的系統發展圖,以更全面地向公衆展示蜂鳥的進化。

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蜂鳥在其系統中發展樹木

現有的化石表明,蜂鳥在大約4200萬年前開始在歐亞大陸上與雨燕物種分化,然後出發前往美洲。蜂鳥不太可能飛越海洋,麥奎爾推測它們可能通過當時白令海峽的陸橋進入北美,然後向南前往南美洲。在更新世期間,白令陸橋在猛犸象和其他動物遷徙到美洲方面發揮了重要作用。

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歐亞大陸和北美之間動物群體之間的選擇流

大約2200萬年前,現代蜂鳥的祖先都到達了南美洲。南美洲為蜂鳥的爆炸性進化提供了極好的條件,特别是在安第斯山脈沿岸。例如,在寒冷的高海拔地區,授粉昆蟲相對較少,這為蜂鳥生存和發育提供了空間。

蜂鳥也善于利用它們的生态位來适應氣候迅速變化的孤立山谷和陡峭的斜坡,安第斯山脈為蜂鳥提供了栖息地,蜂鳥已經進化出九種不同的物種,包括南美蜂鳥。

然後,一些種類的蜂鳥重新進入北美尋找栖息地。蜂鳥在大約500萬年前之前和之後六次進入加勒比海。蜜蜂蜂鳥之一,起源于北美,也參與了加勒比海的入侵,但後來與現有的血統一起定居在南美洲。

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蜂鳥的這種進化非常有趣,看起來很完美。但随着基因技術的發展,科學家對鳥類基因組進行測序發現,鳥類普遍缺乏脊椎動物感覺甜味所需的甜味受體的編碼基因。

生物味覺主要是"酸、甜、苦、鹹、鮮"五種,我們可以感覺到這些味覺受益于細胞種類的相應受體,脊椎動物甜味和新鮮味是由一種叫做T1Rs的G蛋白結合受體介導的。脊椎動物中有三種類型的T1R,T1R1-T1R3二甲氧菌負責感覺新鮮,T1R2-T1R3調光器可以感覺甜味。

當然,這些受體對脊椎動物來說不是必需的,比如貓等肉食性脊椎動物體内沒有甜味受體,它們感覺不甜。鳥類基因組中缺乏編碼T1R2的基因序列不應該讓人感到甜蜜,但是主要以花蜜為食的蜂鳥如何覓食而沒有甜味受體?

科學家們使用蔗糖水溶液和純水對蜂鳥進行了選擇性實驗,結果發現蜂鳥更有可能是蔗糖溶液。這表明蜂鳥能夠感受到"甜味"。然後,他們将相同體積的阿斯巴甜等人造甜味劑溶液混合到幾個相同的蔗糖溶液中以形成新的混合溶液,同時将另一組蔗糖溶液作為對照組進入蔗糖溶液中。實驗表明,蜂鳥對人造甜味劑有一定的排斥作用。

蜂鳥對富含花蜜的糖(如蔗糖,果糖和葡萄糖)的敏感性表明它們可以唯一地識别花蜜。進一步的研究發現,蜂鳥對"甜"受體的識别可能與它們的味道受體T1R1-T1R3二甲硫磷有關。早期蜂鳥和雨燕共同祖先的一個分支的新鮮受體發生突變,使它們感受到花蜜的味道,而是迎合了競争力較弱和更容易獲得的花蜜,逐漸發展成為現在的蜂鳥。

是以,我們無法判斷蜂鳥眼中的花蜜是甜的、新鮮的還是其他的,隻有它自己知道。然而,不得不說,這種突變為蜂鳥的進化打開了一扇通往新世界的大門。

蜂鳥隻有單一的食物來源,都是花蜜,但它們非常多樣化,可以進化出數百種。同樣值得注意的是,在一些地方,多達25隻蜂鳥可以共存,競争不是很激烈嗎?

如果你仔細觀察各種蜂鳥,你會發現蜂鳥喙的形狀完全符合它們吃花的樹冠的形狀。蜂鳥需要花蜜來覓食和生存,花朵可以使用蜂鳥授粉,互相适應,并在很長一段時間内共同進化。

這種特殊的進化在長蜂鳥身上更為明顯。例如,以美洲攀緣植物百香果為主要食物來源的刀喙蜂鳥的花蜜,為了适應西方靈丹妙藥11.4厘米長的花冠結構,從身體比例上看,喙蜂鳥的喙是所有鳥類中最長的。這導緻它們對資源的特定和特定選擇,相對短而直的物種在進食時更加随機。

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刀喙蜂鳥

許多蜂鳥授粉的植物開花紅色,橙色和亮粉紅色,因為蜂鳥對這些顔色敏感,而昆蟲則不敏感,進而避免了蜂鳥和昆蟲之間的競争。在加利福尼亞州南部海岸的聖克魯斯島上,黃花灌木猴面條僅由蜜蜂授粉,而紅島猴面吸引蜂鳥。

此外,蜂鳥授粉基花蜜含糖量低,蔗糖含量高;昆蟲授粉花的花蜜很強,通常主要是葡萄糖和果糖。

世界上最小的蜂鳥的侏儒症是一個很好的例子,說明世界上最小的蜂鳥如何因為花朵的形狀和喙的不同形狀而競争。如果以西方靈丹妙藥為食物來源,相比刀喙蜂鳥,顯然沒有優勢。當大小縮小時,與昆蟲争奪花蜜更有利。

可以看出,蜂鳥會利用與自己相比對的資源來最大化覓食效率,但也善于利用不同的資源。是以,不難看出為什麼這些吃花蜜的鳥類可以如此多樣化。

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蜂鳥似乎表現得非常:最小的體型,相對于身體最長的飛蛾,以及翅膀在飛行過程中每秒拍打十幾次甚至幾十次的能力;由于極高的新陳代謝需要大量的食物,一些種類的蜂鳥具有領土意識,并保護食物來源免受其他蜂鳥的侵害,以確定它們未來的食物供應。此外,蜂鳥有一個擴大的海馬體,使它們對它們吃的花朵的空間位置有一些記憶,使得下次吃更容易。

2200萬年來,随着環境的變化,蜂鳥一直在以快速的速度重塑和發展自己,并且已經進化出能夠适應不同環境的同一生态位中的物種。難怪爬行動物科學家McGuire在他的專業知識之外對蜂鳥如此感興趣。

蜂鳥仍處于動态的多樣化過程中,向美洲的遷徙填補了北美,南美和加勒比的生态和空間地點,并深刻影響了大陸植物群。在一些地方,蜂鳥的數量已經達到飽和點,而一些适應新環境的蜂鳥也正在出現。

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雙駝峰和單駝峰

蜂鳥起源于歐亞大陸,但在歐亞大陸上滅絕了,在遷移到另一個大陸之後,一個大陸上的這種進化也不例外,就像我們更了解的駱駝一樣。駱駝生活在4500萬年前的北美,大約300萬到700萬年前,一個分支向南遷移到南美洲,進化成美洲駝或羊駝,而另一個分支通過白令陸橋到達亞洲和非洲,進化成雙峰和單峰美洲駝。大約258萬年前,北美的駱駝滅絕了。

可見生物的進化并不總是局限于密閉空間,我們應該探索生物進化的許多可能性。

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蜂鳥。聖地亞哥動物園。

蜂鳥并不像你想象的那麼美國。喬·伊頓。2004.6.1.

蜂鳥2200萬年前的顯著變化曆史遠未完成。科學日報.細胞印刷機。2014. 4.3.

艾德勇.蜂鳥進化正在蓬勃發展。自然界。2014.4.3.

鮑德溫M W,戶田Y,中田T等。蜂鳥甜味感覺通過祖先鮮味受體的轉化[J].科學, 2014, 345(6199):929-933.

蜂鳥進化。莫莉·邁克爾遜。加州科學院。2014.4.9

趨同進化:這是為了鳥類。了解進化。

Douglas L. Altshuler和Robert Dudley。分子系統發育與蜂鳥的多樣化.目前生物學。

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