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Aug. 01 2022

企鵝的演化速度慢吞吞,使牠們容易受到氣候變遷影響

  • 一隻南跳岩企鵝(southern rockhopper penguin)站在南非馬里恩島的一處懸崖上。PHOTOGRAPH BY THOMAS P. PESCHAK, NATGEO IMAGE COLLECTION

    一隻南跳岩企鵝(southern rockhopper penguin)站在南非馬里恩島的一處懸崖上。PHOTOGRAPH BY THOMAS P. PESCHAK, NATGEO IMAGE COLLECTION

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一項關於已滅絕企鵝和現存企鵝的大型研究顯示,企鵝可能無法適應現代暖化的極快步調。

企鵝滑下白雪皚皚的南極斜坡,然後迅速穿過冰冷的海水,似乎非常適應牠們的環境。然而,這些迷人的鳥類並非一直是無飛行能力的水中健將:從飛行演化到游泳,需要幾乎全新的技能組、體型及功能。

如今,新研究使用史無前例的化石紀錄和基因組資料組合,以詳細觀察這種前所未見的演化過程,並檢視氣候如何塑造企鵝的命運。

研究的共同作者丹尼爾.克塞普卡(Daniel Ksepka)說:「企鵝是演化最有趣的產物。」他是鳥類古生物學家,任職於康乃狄克州格林威治的布魯斯博物館。「牠們已經適應與祖先完全不一樣的體型構造和生活習性。」

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這項研究今天在《自然通訊》(Nature Communications)期刊上發表,顯示早期企鵝在大約6600萬年前的白堊紀-古第三紀大滅絕之後,出奇迅速地適應南半球各地新建立的生態棲位。恐龍消失後,環境中有更多空間供其他動物擴散,企鵝也入駐南半球各地的不同氣候和生物群落。

不過,研究人員也發現,企鵝顯示出所有鳥類中已知最慢的演化速率,這代表自從牠們在大滅絕後轉變成海洋動物,牠們的基因突變速率就顯著減緩了。該研究的作者說,這也令人懷疑牠們是否能夠迅速適應現代氣候變遷的極快步調。

目前大約有18種企鵝棲息在巴西、紐西蘭、南非等環境各異的地點,其中超過半數已經被國際自然保護聯盟(IUCN)視為瀕危或易危。

紐西蘭坎特伯雷大學的鳥類古生物學家凡妮莎.迪.皮耶特里(Vanesa De Pietri)並未參與該研究,她說:「由於演化速率下降,現代企鵝似乎比古代企鵝更不容易從這些快速的環境變化倖存下來。」

「牠們是不是因為讓自己專化而陷入困境?」她說:「或許是的。」

適應水中生活

迪.皮耶特里說,由於缺乏化石,所以目前尚不知道企鵝的直系祖先是什麼。這種神祕的祖先或許生活在超過6600萬年前,當時牠們從類似信天翁和海燕的飛行性鳥類族群中分裂出來。

先前針對企鵝演化的研究也一直受到限制,因為所有企鵝物種的大約四分之三已經滅絕,只能透過化石紀錄來了解。在這項研究出現之前,從未有研究將完整的化石紀錄與所有現代及近期滅絕的企鵝基因組結合在一起。

紐西蘭奧塔哥大學的古生物遺傳學家尼克.羅蘭斯(Nic Rawlence)說:「這種了解企鵝演化的方式令人讚嘆。」他並未參與該研究。

透過結合這兩個龐大的資料集,研究團隊(包括共同作者海洋生物學家兼國家地理探險家帕伯羅.博爾博羅格魯〔Pablo Borboroglu〕)完善企鵝的演化樹、找出企鵝變得更多樣的時間點、觀察族群數量的變化,並確認哪些基因曾協助企鵝轉變成水中生物。

克塞普卡說:「這真的讓我們更了解整體情況。」

企鵝基因組的分析顯示出牠們如何擁有用於游泳的僵硬鰭肢和防水羽毛、用於保暖的厚實皮膚和脂肪,以及用於潛水的水下視力和氧氣控制。

科學家已經了解這些適應特徵,但比較所有現存企鵝的基因組讓研究團隊找出造成這些適應特徵的基因。把基因組與化石紀錄聯繫在一起,也讓研究人員能夠估計這些基因和不同種企鵝出現的時間。最後一步是將這些結果與氣候連結起來。

適應氣候變遷

企鵝在最初迅速適應環境之後,演化速率就逐漸減緩。(啄木鳥是演化速率最快的動物之一,但原因依然成謎。)

企鵝演化成適合在海洋環境中生存之後,必須在數百萬年間適應反覆出現的氣候波動。新的一波企鵝物種多樣化在超過200萬年前開始爆發,當時最近一次的冰河期也開始了。隨著冰層變厚和環境改變,企鵝持續遷徙,而且經常與其他族群完全分離。在數十萬年間,因為被冰雪分隔,企鵝就演化成現存的多樣物種。

儘管先前研究曾假設過這個過程,但新的基因組與化石資料組合為此提供了目前為止最有力的證據。

迪.皮耶特里說:「這項研究充分顯示,在基因組的脈絡下,我們該怎麼將多樣化事件與企鵝演化史上的重大氣候事件聯繫在一起。」

慘澹的未來?

許多企鵝都能輕鬆適應先前的氣候波動。但如今的氣候變遷速率比企鵝過去經歷過的變化更快,使企鵝面臨全新的演化挑戰。該研究的作者認為企鵝不太可能克服這項挑戰。

克塞普卡說:「很多企鵝生活在氣候變遷的爆發中心區域。」南極企鵝等南極物種的風險特別高;自1990年代初期起,南極大陸已經流失大約3兆公噸的冰。克塞普卡說,棲息範圍僅限島嶼的企鵝也很容易受影響,因為牠們「無處可去」。

「我真心認為企鵝的命運與人類的命運息息相關。」

 

延伸閱讀:為什麼不該餵食野生動物(或許除了鳥類之外)親愛的,氣候變遷把亞馬遜的鳥兒縮小了!

SEP. 2022

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