企鵝對氣候的變化並不陌生。 它們的生活史是由溫度上升和下降所塑造的,它們的身體對於地球上一些最極端的條件具高度專業化。

然而,由於在鳥類中檢測發現似乎是最低進化速度,因此科學家們擔心企鵝的進化之路可能會停滯不前。

一組國際研究人員剛發表了迄今為止對企鵝進化最全面的研究之一,這是第一個整合現存企鵝和化石企鵝物種的數據研究。

該研究總體上揭示了企鵝動盪的生活史,所有已知企鵝物種中的四分之三,現在僅以化石為代表,已經滅絕。

作者寫道:「超過 6000 萬年,這些標誌性的鳥類已經進化成為高度專業化的海洋捕食者,現在已經適應了地球上一些最極端的環境。」

「然而,正如它們的進化史所顯現的那樣,它們現在就像哨兵一樣,在一個迅速變暖的世界中,突出了適應寒冷動物群的脆弱性。」

在陸地上,企鵝看起來有點滑稽,笨拙蹣跚和看似無用的翅膀。但在水下,它們的身體會變成水動力魚雷,會讓任何逃跑的魚都希望自己能飛起來。

企鵝在 6000 萬年前,在極地冰蓋形成之前,就已經失去了飛行能力,轉而採用翅膀推的潛水方式。

化石和基因組數據表明,企鵝的水生生活方式在它們作為一個群體存在的早期就出現了,隨著時間的推移,進化變化的速度通常呈現下降趨勢。

科學家們認為企鵝起源於名為西蘭大陸的岡瓦南微大陸,該大陸現在大部分被淹沒在海洋之下。

這篇論文表明,現代企鵝的祖先——皇冠企鵝——出現在大約 1400 萬年前,比遺傳分析所暗示的整整晚了1000 萬年。

這個特殊時期剛好是全球變冷的時候,被稱為中新世中期氣候轉變。然而,活著的企鵝在過去的300萬年裡,分裂成獨立的基因組。

企鵝在分散到南美洲和南極洲之前,大多分佈在整西蘭島,而後來的群體可能會搭上南極繞極流的順風車。

科學家們發現,在最後的冰川期,幾乎所有企鵝物種都經歷了一段物理隔離期。

在這期間,它們與其他企鵝的接觸受到限制,因為群體被迫生活在更偏北更分散的棲息地,在那裡它們仍然可以找到食物和住所。

結果,每組的 DNA 庫變得更窄,使得在遺傳上將物種推得更遠。

在隨後的變暖時期,它們又回到了兩極,而一些現在在基因上更加不同的群體再次相遇。

某些企鵝群體經歷這些重大氣候事件的方式,為他們如何應對人類造成的氣候變遷提供了見解。

當氣候變暖發生時,數量增加的群體具有一些共同特徵,它們是遷徙的,並且在近海覓食。研究人員認為,這些特徵使它們能夠更好地應對不斷變化的氣候,尤其是能夠更遠地尋找獵物和移動到低緯度地區的能力。

另一方面,那些數量減少的物種則生活在一個特定的地方,並在靠近海岸的地方覓食:當「家裡」的條件發生巨大變化時,這種生活的方式並不能很好地應對。

但企鵝的變化能力可能不僅僅受到生活方式的限制——它似乎嵌入在它們的基因中。

事實證明,企鵝及其姊妹目 鸌形目 (Procellariiformes)其中包括海燕和信天翁等鳥類一樣,是迄今為止在鳥類中發現進化率最低的。

研究人員使用了幾個與進化變化率密切相關的遺傳特徵,比較了 17 種不同的鳥類。

他們注意到水生鳥類的進化速度通常比它們的陸生親屬慢,因此他們認為採用水生生活方式可能與低進化速度密切相關。他們還認為鳥類的進化速度在較冷的氣候中較低。

鵜形目(包括鵜鶘和鸕鶿等航海鳥類)的進化率最低,接近三分之一,而水禽(雁形目)的進化率遠低於陸禽,如火雞、雞和鵪鶉(雞形目)。

研究人員指出,祖先冠企鵝的進化速度比現存企鵝要快,但即便如此,與其他鳥類相比,也是緩慢的。

所有現存企鵝物種中有一半瀕臨滅絕或易受傷害,科學家們表示,它們緩慢的進化速度和棲位的生活方式可能會使企鵝走向死胡同。

他們寫道:「目前的變暖速度加上南大洋有限的避難所可能會遠遠超過企鵝的適應能力。」

「隨著整個南半球的企鵝種群面臨著人為氣候的快速變化,未來萎陷的風險是一直存在。」

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參考資料:

  1. Cockerill, J., (2022,July 22). Scientists Analyzed Penguin DNA And Found Something Quite Remarkable. ScienceAlert
  2. Cole, T. L., Zhou, C., Fang, M., Pan, H., Ksepka, D. T., Fiddaman, S. R., Emerling, C. A., Thomas, D. B., Bi, X., Fang, Q., Ellegaard, M. R., Feng, S., Smith, A. L., Heath, T. A., Tennyson, A. J. D., Borboroglu, P. G., Wood, J. R., Hadden, P. W., Grosser, S., . . . Zhang, G. (2022). Genomic insights into the secondary aquatic transition of penguins. Nature Communications, 13(1), 3912. Nature Communications https://doi.org/10.1038/s41467-022-31508-9 
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/penguins-slow-to-evolve-in-rapidly-changing-climates(圖:David Merron Photography/Getty Images)
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