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從鳥巢看鳥類演化史 女大生登《Nature 》子刊

2018/5/27 整理/編輯部

中央研究院生物多樣中心助研究員洪志銘(左)、端木茂甯(中)與中興大學生命科學系大學生方怡婷(右)登上國際期刊。

中央研究院生物多樣中心助研究員洪志銘(左)、端木茂甯(中)與第一作者中興大學生命科學系大學生方怡婷(右)登上國際期刊。(圖/中研院提供)

中央研究院生物多樣性研究中心最新研究指出,鳥巢特徵不僅與鳥類適應環境有關,更與鳥類演化息息相關。該成果已於5月14日刊登於《Nature Communication》(全文連結)。多樣中心助研究員洪志銘與端木茂甯帶領年僅21歲中興大學生命科學系大學生方怡婷,統整全世界8,000多個鳥巢的外型結構、所在位置、附著方式等特徵,發現鳥巢演化史和鳥的演化直接相關。

洪志銘說明該研究突破之處在於,過去的研究範圍沒有這麼廣,8000多種鳥巢的資料量是相當龐大;並且,過去研究鳥巢時,通常只看單一特徵,這次研究鳥巢3種特徵的演化史,更為全面;而先前的研究往往只能以推估的方式來看鳥的演化和鳥巢的相關性,此次則是提供更為直接的證據,證明鳥巢演化和鳥的演化密切相關。

研究顯示,鳥類演化關係越近,巢的結構越相像。可能是由於鳥巢結構大部分受鳥的先天能力(即基因)所影響;築巢位置則容易受外在環境壓力影響,例如種間或種內的競爭,或是捕食壓力,因此,築巢位置的選擇與演化較無相關,即使是同一鳥種,築巢位置都可能不盡相同;至於鳥巢附著的方式,絕大多數是採用由底部支撐,而較精細的附著方式,如側掛、垂吊等,主要在晚近演化歷史的雀形目鳥類才發展出來。

儘管三種特徵有不同的演化史,但演化過程卻相互影響。例如鳥類往往先演化出新的鳥巢結構,才得以利用新的築巢地點。精細的鳥巢附著方式,通常只在具有特定鳥巢結構的類群中才會發展出來。

此外,洪志銘說明,現今多樣化的鳥巢可能也與過去兩次大尺度的鳥類輻射適應(為適應環境改變,生物快速演化出多樣型態的過程)事件相關。現代鳥類的共同祖先原本是不築巢而直接在地面上生蛋,但在恐龍滅絕後,地球空出許多生存與繁殖的空間,鳥類開始構築不同結構的巢,因此能使用更多樣的築巢位置,更有效地利用這些空間,加速現代鳥類第一次輻射適應的發生,造就了現今大多數的鳥類類群。

而此研究也指出,雀型目鳥類得以成功且多樣性地演化,原因可能為鳥類第二次輻射適應之後,能構築結構更為複雜的巢,並發展不同的附著方式,進而利用新的築巢位置。目前全球近半數鳥類物種皆為雀型目鳥類,如燕子、文鳥,其鳥巢外觀多為杯碗狀與球狀。

端木茂甯助研究員表示,此研究透過鳥類親緣關係樹,統整全世界242科8,000多個鳥巢特徵,回推鳥類祖先與鳥巢特徵的演化關係,為近來較大規模且完整的鳥巢演化史研究,未來可延伸從鳥巢演化,觀察全球快速改變的環境與氣候變化,其中,鳥類築巢行為的彈性與適應改變的速度,將無疑是決定其繁盛或滅絕的關鍵。

洪志銘說明,方怡婷是他的第一位指導學生,團隊使用《Handbook of the Birds of the World》整理鳥巢種類,方怡婷從中細心整理出八千多種鳥巢,相當耗時費工,而且資料還需不斷更新,隨著資料變化又要重新分析。「我們提供想法,方怡婷著手執行,第一作者當之無愧。」洪志銘說,他和端木茂甯有時候會拋出困難度很高的想法,但方怡婷很主動學習,具備做學術研究的條件。

鳥巢除了是鳥類繁衍後代一項重要工具外,在鳥類的適應演化上也占了舉足輕重的地位。(圖)

鳥巢除了是鳥類繁衍後代一項重要工具外,在鳥類的適應演化上也占了舉足輕重的地位。(圖/中研院提供)

 

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