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蜂鸟演化简史

2022/05/26

导读

一次开创性的基因变异，为蜂鸟打开了新世界的大门。

在鸟类演化的漫漫历史长河中，诞生了许多神奇的物种。在新大陆美洲，就生活着这样一类特殊的鸟类，它们放弃了翱翔天际的肆意狂舞，转而与蜜蜂蝴蝶为伍，终日混迹于花丛之中，悬停采蜜，传递花粉。

由于生活习性与飞行方式与蜜蜂如此相似，我们形象地称之为——蜂鸟。

蜂鸟是美洲特有的鸟类，旧大陆各个洲和澳洲均没有分布。

它们大多精致小巧，羽毛色彩斑斓，闪耀着金属光泽，它们主要以花蜜为食，采蜜的同时为植物授粉。

我们熟悉的很多原产美洲的植物都是通过蜂鸟传粉。

安氏蜂鸟与向日葵

绿隐蜂鸟与百香果的花

燕尾刀翅蜂鸟与菠萝的花

然而在两千万年前，故事并不是如此。

起源

2004年，鸟类学家在欧洲发现蜂鸟祖先的化石，推翻了此前人们的认知。也为解开蜂鸟身世的谜团提供了重要线索。

鸟类学家推测，蜂鸟起源于约4000万年前的欧亚大陆，和看上去八竿子打不着的雨燕居然是近亲。这多少有点匪夷所思。

欧洲蜂鸟想象图

雨燕羽色低调，以灰褐色为主，生活方式主要是在天空高速飞行，追逐飞虫。

而蜂鸟羽色华丽，多姿多彩，生活方式主要是悬停采花蜜。

二者无论外形还是生活习性看上去都相距甚远。

雨燕

鸟类学家推测，在4000多万前的欧亚大陆，蜂鸟先祖从雨燕分化，形成独立的新物种，随后一路向东，通过白令海峡到达美洲大陆。

2000万年前，蜂鸟的先祖到达南美洲，在这里蜂鸟的先祖迎来了重大的历史性机遇。南美洲板块与太平洋板块持续碰撞，从而使得南美洲板块西侧发生强烈的抬升隆起，这一过程大约始于中生代后期，一直持续至今，在蜂鸟到达南美的这2000万年里，安第斯山脉加速隆升，最终形成南北延伸近9000千米，东西宽度约为300千米，平均海拔超过3600米的巨大山脉。

安第斯造山运动创造了许多相互隔离不同海拔的地理单元，为物种的分化提供了丰富多样的地理条件。如今，40%的蜂鸟物种生活在安第斯山区。

变异

生物学上的味道主要有“酸甜苦咸鲜”五种，其中，甜味是非常重要的一种，它是糖的味道，而糖类是生命主要的能量来源。

然而自然界中很多生物并不能尝到甜味，因为它们缺少一种能够与糖结合的受体——T1R2，鸟类便是其中之一，鸟类的先祖很早就丢掉了编码T1R2的基因。

当然，基因可以遗传，也可以变异。

在美洲，蜂鸟意外地找到了另一把钥匙——T1R1。T1R1原本是感受鲜味物质氨基酸的受体，而蜂鸟编码这一受体的基因发生了变异，神奇的是，变异后的T1R1也能够识别糖。

蜂鸟这才发现花蜜原来可以当饭吃，然而花蜜对蜂鸟来说是鲜味，并不是甜的。吃虫和吃花蜜对它们来说味道都一样。

从此，蜂鸟逐渐转变了食性，从捕食昆虫变成了与昆虫抢食。

反正就是欺负虫子。

这次变异对于蜂鸟家族来说是开创性的。其重要意义不亚于人类开始直立行走。

采食花蜜这个鸟类生态位在当时的南美洲是一片蓝海，蜂鸟完全没有竞争对手，以霸鹟为代表的南美土著鸟类至今没有解锁花蜜的打开方式，依然以昆虫为主食。

从此，蜂鸟打开了新世界的大门，广袤的亚马逊雨林，高耸的安第斯山脉，广阔天地大有可为。

协同演化

虽然找到了花蜜的正确打开方式，蜂鸟的先祖很快又面临一个新的问题：腿太短！

雨燕为了适应高速滑翔的空中生活，双腿极度退化，短得几乎站不稳。

后果是，它们落地后无法行走，也难以起飞；不能在树枝上停歇，只能挂在崖壁上休息。

既然和雨燕是一家的，蜂鸟也是小短腿，这对于采取花蜜来说是个巨大的劣势。

南美的大部分植物并没有为它们准备好理想的停歇位置。

和蜂鸟相比，太阳鸟简直是大长腿

既然先天不足，那就只能后天开挂了。

最终，蜂鸟成功破圈，向蜜蜂的方向演化，开发出悬停飞行这种只有昆虫才掌握的“黑科技”。

为了支持悬停吸蜜，蜂鸟对自己的身体进行了一系列“魔改”，全面都突破了鸟类的生理极限。

高频振翅，半空悬停

首先是翅膀结构的精简化，砍掉了很多不那么重要的部分，整个翅膀看起来如同坚硬的螺旋桨叶片，显得短小精悍。

肩关节灵活度大幅提升，翅膀活动的范围达到极端的位置，使得翅膀能够以“8”字形轨迹高速扇动。

驱动翅膀的胸肌异常发达，犹如一台动力强劲的超级发动机。

经过科学家估算，这个胸肌重量超过体重的30%，最高能达40%。

为适应翅膀的高速扇动，蜂鸟的新陈代谢在所有动物中是最快的，它们的血流循环迅速，氧的需要量相当大。在这一切背后是一颗强大的心脏，它们的心脏每秒钟跳动20次，超过人类10倍，堪称鸟界战斗机。

如此独特的身体构造，让蜂鸟获得了高超的飞行技巧，除了悬停，它们还能够在飞行中随意变向，甚至倒退着往后飞，在鸟界独树一帜。

倒退着飞

据科学家统计，蜂鸟悬飞的振翅频率平均可达惊人的每秒80次。这是一种非常耗能的飞行方式。

为了维持悬停，蜂鸟需要大量的花蜜作为能量。一只蜂鸟每天需要访问上千朵花才能维持基本生存，平均每10分钟就必须进食一次，如果吸不到花蜜，很快就会饿死。

它们每天消耗花蜜的总量相当于自身重量。如果我们人类也按这个比例进餐的话。四舍五入一下，每天得吃上千顿饭。

在蜂鸟的小到可以忽略不计的脑子里，保存着一幅巨大的地图。

在地图上标注了上千朵花的地理坐标，什么时候开花，什么时候提供花蜜，提供多少花蜜，它都记得住。

这就相当于我们人每天去上千家餐厅吃饭，还能清楚记得住每家餐厅的位置，什么时候营业，上的什么菜。

表面上看起来是蜂鸟从植物那里得到了食物，实际上是被植物俘获的“打工鸟”。小小的蜂鸟犹如高速运转的微型马达，不是在忙于采蜜，就是在飞往下一朵花的路上，终日奔波。完全成了一台不知疲倦的传粉机器。

植物为了提升传粉的精准性，会主动选择传粉者，它们巧妙地改造花朵的形状，筛选出喙形匹配度最高的蜂鸟。

目前，美洲共有7000多种植物依靠蜂鸟传粉。

九大家族

在“基因变异，地理隔离，协同进化”三大因素联合作用下，蜂鸟的演化速度仿佛按下了快进键。

物种多样性呈现爆炸式的增长。在2千万年的时间里，蜂鸟科的总数增长到惊人的360多种，分为九大演化分支。

绿茶家族：共18个属67种，该分支许多成员爱好装饰自己，有的羽冠很招摇。

棕冠蜂鸟

有爱装饰尾巴的紫长尾蜂鸟

宝石家族：7个属18种生活在中美洲山区，其代表为领地性非常强的紫喉宝石蜂鸟，积极捍卫领地里面的花蜜。

紫喉宝石

钻石家族：共14属53种，其代表为分布在高海拔的山蜂鸟，生活在3500到5200米的安第斯山脉高山之上。

紫巾山蜂鸟，栖息在菊科植物龙菊木之上

刀嘴蜂鸟，唯一喙长超过身长的鸟类，适配红花曼陀罗长长的花冠

翡翠家族：共36属111种，这个分支大部分成员像翡翠一样绿的发亮。

铜头丽蜂鸟

当然也有特立独行的，比如这个白头的，颜色最为特别。

白顶蜂鸟

芒果家族：共12个属29种。其中包括头上长犄角的角蜂鸟。它也会像蜂虎一样从停栖的位置飞出，在空中捕食昆虫。

角蜂鸟

尾巴是芒果色的金喉红顶蜂鸟，cosplay梦露

隐士家族：共12个属29种，该分支位于演化树的早期分支，羽毛颜色以灰褐色为主，保留了蜂鸟科最原始的特征；该族成员大多与蝎尾蕉科的植物关系密切，喙长而弯曲。

绿隐蜂鸟

蜜蜂家族：共16属37种，名称来自吸蜜蜂鸟，它的体长只有5cm，大约是麻雀的三分之一，是最小的鸟类，也是最小的恐龙。

吸蜜蜂鸟

该族成员有部分能够适应高纬度寒冷气候，最北可达阿拉斯加，长途迁徙的候鸟型蜂鸟大多出自这个分支，它们一般从北美洲飞往中美洲过冬，有的路线跨越大海。

擅长变脸的安氏蜂鸟也在这个家族。

巨蜂鸟：这个分支最小，就只有巨蜂鸟这一种鸟，体长23cm，是蜂鸟家族的巨无霸，已经接近八哥的长度。

体型巨大化并不是蜂鸟演化的主流方向，悬停的飞行模式耗能随着体重增加指数级增长。

悬飞的时候每秒振翅只有15次，远低于一般蜂鸟的80次，体型达到悬停的极限。巨蜂鸟基本上已经是蜂鸟类群演化的极限。有时候它们不得不采用祖传的滑翔模式，从它的身上可以清楚地看到蜂鸟先祖有着雨燕的影子。

最大与最小的蜂鸟

鸟类学家经过研究推测，蜂鸟的演化当前仍然在加速，在未来的几百万年时间内，物种的数量还将翻倍。

参考文献

1. Clark, C. J.; Dudley, R. (2009). "Flight costs of long, sexually selected tails in hummingbirds". Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.

Ridgely RS, Greenfield PG (2001). The Birds of Ecuador, Field Guide (1 ed.). Cornell University Press.

3. Jump up to:a b c

Suarez, R. K. (1992). "Hummingbird flight: Sustaining the highest mass-specific metabolic rates among vertebrates". Experientia.

"Hummingbirds". Nationalzoo.si.edu. Archived from the original on 2012-07-

5. Vi

gors, Nicholas Aylward (1825). "Observations on the natural affinities that connect the orders and families of birds". Transactions of the Linnean Society of London.

6. Bock, Walter J. (1994). History and Nomenclature of Avian Family-Group Names. Bulletin of the American Museum of Natural History. Vol. Number 222. New York: American Museum of Natural History.

制版｜小圭月

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赛先生

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