气候变暖,鸟儿的体型在缩水
发布时间:2020-01-13
出品:科普中国
制作:谭熠华 (武汉大学生命科学学院)
监制:中国科学院计算机网络信息中心

近期,有国外的研究团队通过对北美不同种迁徙鸟类的研究发现,随着近几十年来夏季气温升高,鸟类的体型缩小了。

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气候变暖,导致鸟儿的体型“缩水”

此结果来自美国密歇根大学(University of Michigan2019年年底的研究。该团队与菲尔德自然史博物馆(Field Museum)合作,收集了北美52种候鸟,超过70000个样本,样本采集的时间跨度长达40年。他们测量了每只鸟的喙长、跗趾长(腿的一部分)、翼长和体重。发现在过去的几十年中,鸟的平均跗趾长缩短2.4%,质量减轻2.6%,其他参数指标也指明,40年来鸟的体型在不断减小

究竟是什么原因导致了鸟的体型变化?

不同的鸟类物种体型都发生了变化,可能是某种大尺度的环境改变造成的。研究团队猜测这可能和全球气候变暖有关。于是,该团队进一步探讨了鸟类体型变化与气温变化的关系。

排除其他环境因素的干扰,他们分别尝试用夏季平均温度、冬季平均温度和冬季总降水量来预测鸟类体型的变化,发现其中夏季平均气温的变化趋势能较好地预测鸟类体型变化情况。

当夏季平均温度发生变化时,鸟类的体型会随之变化。同时发现,用第一年的夏季平均温度预测第二年的鸟类体型时效果会更好,说明第一年的夏季温度变化对鸟类产生了影响,使鸟种群内部的体型分布结构发生改变,结果在第二年显现出来。由于近40年来夏季平均气温总体呈上升趋势,鸟类体型也表现出减小的结果。

鸟类跗趾长与夏季温度的关系图,橙色代表跗趾长变化率,蓝色代表夏季气温变化率 (图片来源:Weeks,2019

 

气候变暖,如何影响鸟类体型?

来自澳大利亚迪肯大学(Deakin University)的团队曾设计实验,探讨气候变暖如何影响鸟类体型。

研究发现,在鸟的孵卵期,当环境温度比较高时,雌性斑胸草雀能通过叫声将环境温度过高的信息传达给胚胎,改变胚胎生理状态,导致幼鸟孵化后在生长期间平均体型更小。这从生理可塑性的角度解释了高温导致体型变小的原因。

斑胸草雀,研究鸟类行为生态的模式动物(图片来源:pixabay.com

 

同时研究者观察到,在繁殖期,相比体型未改变的雌鸟,高温环境中体型变小的斑胸草雀雌鸟拥有更多的后代。在野外环境中,这将促使鸟类平均体型数值减小。

 

温度越高,动物体型越小,这个现象并不罕见

早在1847年,德国科学家贝格曼就提出,在同类群的温血动物中,生活在较寒冷地区的个体体型更大。这也成为生态学中关于动物体型变化的经典定律——贝格曼定律

该定律基于一条基本的物理学原理:物体越大,它的表面积与体积之比越小,更不容易通过体表损失热量,更能保温。在寒冷地区,保温能力弱的小型个体会在自然选择下逐渐被淘汰,进化的选择使种群个体平均体型趋向增大。

之后不断有学者们就该定律的可靠性和适用范围进行了广泛的研究,发现该定律在温血动物,尤其是小型温血动物中具有普遍性。并且反过来也找到了很多证据,即在炎热环境中动物的体型趋于减小,这也解释了上文鸟类体型减小的原因。

寒冷地区的美洲狮相比温暖地区的同类拥有更大体型(图片来源:pixabay.com

 

北方人普遍比南方人长得高,莫非也和温度有关?

看到这,很多人很容易联想到,中国南方人和北方人的身高差异是否也是基于同样的原理呢?

北方人生活的环境相比于南方较为寒冷,身材高大的人单位体积对应的表面积小,因而散热少, 可以有效地抵御风寒。南方地区相对较暖和,身材矮小的人单位体积对应的表面积大,利于散热,易于生存。

这样解释看似完善,其实不然。人类学会穿衣、生火保暖,而不是只靠身体素质硬抗严寒,贝格曼定律在人身上并不是完全适用。南方人、北方人身高差异是各种综合因素导致的结果。天气寒冷,人体新陈代谢较慢,生长发育期较长,成熟期较晚,有利于更多物质能量的积累。传统北方地区的人摄入的含蛋白质的食物更多,高蛋白有利于身高的发育,加之北方地区夏季光照时间长,有利于人体合成维生素D,促进骨骼发育,这些都是北方人长得稍高大的原因。

近年随着城市化发展,南北方饮食等诸多生活习惯趋近,同时,伴随人口迁移,这种身高差异正在减小。

 

参考文献

Ashton K G , Tracy M C , Queiroz A D . Is Bergmanns Rule Valid for Mammals?[J]. The American Naturalist, 2000, 156(4):390-415.

Weeks, B.C., Willard, D.E., Zimova, M., Ellis, A.A., Witynski, M.L., Hennen, M. and Winger, B.M. (2019), Shared morphological consequences of global warming in North American migratory birds. Ecol Lett. doi:10.1111/ele.13434

Mariette, M.M. & Buchanan, K.L. (2016). Prenatal acoustic communication programs offspring for high posthatching temperatures in a songbird. Science, 353, 812814.

Andrew, S.C., Hurley, L.L., Mariette, M.M. & Griffith, S.C. (2017). Higher temperatures during development reduce body size in the zebra finch in the laboratory and in the wild. J. Evol. Biol., 30, 21562164.

Bergmann, C. (1847). Uber die verhaltnisse der warmeokonomie der thiere zu ihrer grosse. Gottinger Stud., 1, 595708.

McNab, B. K. 1971. On the ecological significance of Bergmanns rule. Ecology 52:845854.

王衍用. 试论人类身高的地域差异规律及其成因[J]. 人文地理, 1993(03):71-76.

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