要不是这张大嘴,达尔文可能就不会这么出名了!
果壳网10-13

 

又是一个平凡的加拉帕戈斯清晨。在伊莎贝拉岛东北干燥的海岸边,一只奇怪的灰黑色小鸟正在布满草和地衣的岩石上跳来跳去,寻找它一天的食物。

" 饭呢?"(设计台词)图片:iNaturalist

它有着圆鼓鼓的身子,灰黑色的羽毛,不足半个乒乓球大小的头上,最引人注目的就是那个大大的、比起它娇小的身躯格外 " 粗壮 " 的喙

它叫大嘴地雀Geospiza magnirostris,它和亲戚们启发了达尔文。

雄性大嘴地雀明显更 " 非 " 一些。图片:Bill Coster

为什么要长一张大嘴

在加拉帕戈斯群岛和邻近的可可斯岛上,一共分布有 15 种这样的鸟,有在地上蹦蹦跳跳的地雀(分别叫大仙人掌、尖嘴、中、小、大嘴、仙人掌地雀),有在树上活动的树雀(大、中、小、䴕形、红树林树雀),还有属于莺雀的绿莺雀、灰莺雀和单为一属的植食树雀可可斯雀乍看下来和报菜名没太大区别,但是它们之间的差异却十分有趣。它们最大的区别是喙。

是的,它们区别最大的地方,在嘴。有小而尖的,有大而圆的,有的带勾,有的粗短。图片:ufl.edu

这跟它们生活的环境十分相关。大嘴地雀结实的大嘴,能帮它们敲碎坚硬的坚果壳。它们活动在加拉帕戈斯群岛中相对干旱的地方,食物相对缺乏,能吃别人不能下嘴的东西,毫无疑问是一个大优势

看好了,这是大嘴地雀的喙。图片:pbase.com

而它的表亲们,比如大仙人掌地雀,则栖息在有仙人掌的地方。大仙人掌地雀的喙较小一些,也能吃坚果,不过仙人掌的花和果更受它的青睐。而小地雀则在较为湿润的灌木和树丛地带生活,吃小种子和昆虫,喙也要小得多;它还帮加拉帕戈斯的鬣蜥清理皮肤碎屑,小巧的喙像小梳子一样灵活。

小地雀的喙,就完全是另外一种画风。图片:darwinfoundation.org

不同的环境,不同的食物源,造就了它们不同的特色,然后占据住环境中不同的生态位。有的岛上,既有吃坚果的,也有吃虫子的。一个生态位里的竞争,有优势的就会胜出——比如大嘴适合吃坚果,这就是所谓的 " 自然选择 "。这个在我们现在看来十分平常的现象,在它们被发现的时候,却是一件挑战人们常理的事情。

这也是为什么,大嘴地雀在内的加拉帕戈斯群岛的小鸟们,都有一个共同的名字——达尔文雀(Darwin ’ s finches)。

演化论的孕育之处

达尔文和演化论的渊源,要从他搭上远征加拉帕戈斯群岛的 " 小猎犬号 "(HMS Beagle)开始。

在赤道附近、南美洲厄瓜多尔以西 1000 多公里的太平洋上,星罗棋布地缀着一片由火山喷发造就的小岛。热带的阳光在这里炙烤,地热火山在这里活跃,来自高纬度地区的秘鲁寒流在这里拐了弯,冷热交汇的地带,孕育出了极为奇妙、又十分多变的地理环境。在加拉帕戈斯群岛上,你可以发现以此地命名的企鹅(也是唯一生活在热带的企鹅),近海大量的鱼类引来了数量众多的海鸟,还有追逐鬣蜥的蛇和巨大的象龟 …… 这里极少有人烟,直到 1532 年才有人的足迹踏入,可谓是生物的天堂。

星罗棋布的小岛造就了动物的天堂。图片:wordpress.com

当 " 小猎犬号 " 载着达尔文一行人登陆的时候,达尔文最初关注的是地质学。回到英国后,著名鸟类学家约翰 · 古尔德的鉴定,让他意识到这里的物种多样性。而他的第一反应,并不是赞叹主的造物之神奇,而是发问——为什么?

这个常年与大陆隔绝的火山岛,拥有与大陆物种相联系、但又迥然不同的物种;而不同的岛屿之间、不同的地理环境,使每个岛屿之间的动植物品种也各不相同。这真是奇妙啊。

" 加拉帕戈斯群岛上的生物分布,如果是一个岛上有一个属而另一个岛上是别的很不同的属,那就不足为奇了(这种情形容易让人相信物种是上帝创造的)…… 而正是目前这种状况:数个岛屿各有自己特殊品种的陆龟、鸫鸟、金翅雀与无数的植物,这些不同的品种都有共同的生活属性,有类似的生活环境,这才使我震惊。"

——在《乘小猎犬号环球航行》再版时,达尔文这样写道。

达尔文当然也发现了这种毫不怕人的小鸟:" 有时,我拿帽子就能罩住它们。"

中地雀,喙的大小介于大嘴地雀和小嘴地雀之间。图片:smugmug.com

不知从大陆何处偶然飞来的达尔文雀们在这里繁衍生息,是上帝把不同的它们、安放在不同的位置、分给它们恰好适合它们的食物吗?不,没有这么简单。隔离,意味着不同,而为什么隔离造成了不同呢?

一只地雀的祖先偶然飞到了这个火山岛上。然后会发生什么?它的基因偶尔产生变异,让它的喙变大或变小。然后,这里的自然环境又选择了那些能够得到足够食物的,或者能够找到其他鸟不吃的食物的鸟。在干旱的岛上,大嘴的那一只吃到了坚果,活了下来,找到了它的伴侣,把基因复制给后代。

然后呢?然后,就是岛屿。岛屿太重要了,如果没有岛屿,就没有加拉帕戈斯群岛如此丰富的物种多样性。在不同岛屿上的鸟,被海隔开了,它们得以将自己适应环境的、对生存有利的差异通过遗传积累下来。大嘴地雀的嘴变得更大,更显著,在贫瘠的岩地上也能愉快地生存。

图片:imgur.com

所以,加拉帕戈斯群岛才是研究演化的天堂。所以,达尔文才会发现:" 由外边引进了一个物种,然后这个物种为了各种不同的目的,发生了变异。"这是解开演化的钥匙

我们眼皮子底下的演化

演化的力量有时候是十分惊人的——甚至可以在你的眼皮子下发生

1977 年,一场始料未及的严重干旱降临到加拉帕戈斯群岛中的一个火山岛大达夫尼岛,由于食物的匮乏,1976 年研究人员标记的 388 只中地雀幼鸟里,竟然仅有 1 只活到了 1978 年的繁殖季。

这只雄性中地雀腿上的环志,是鸟类学家标记个体的常用手段。图片:princeton.edu

这一切都被在岛上进行演化研究的格兰特夫妇(Grant)看在眼里。当干旱造成食物短缺时,较小也较软的种子最先被消耗光,导致那些没法取食较大较硬种子的个体被饿死。由于喙型是可遗传的,幸存下来的地雀就会将帮助它们熬过干旱的特征传给下一代,而测量数据表明,到了 1979 年中,地雀喙的厚度确实增加了!另一次发生在 2003-2004 年的干旱,更是让研究者见证了一个新种的诞生

自然的奥秘,谁能触及?绘图:翼狼 Elang

而基因时代的研究,则将一切揭示得更加清楚了。研究人员比对了不同鸟类种群中大嘴与小嘴鸟的基因组,发现有一个基因组的位点一致性地显示出极强的信号—— HMGA2 基因。它和人类的颅部发育、牙齿萌出有关,也很可能是引起鸟喙大小发生改变的基因。而地雀们,正是依靠其种群内在这个基因上大量的自然变异,才能够应对不同的环境变化。

伦敦自然历史博物馆里收藏的达尔文雀标本,标签上写着 " 采集者:C. 达尔文 "。图片:nhm.ac.uk

" 生命以此观之,何其壮哉,最初生命的几丝力量被吹入了几种(或一种)生命的形态之中;同时这颗行星依照固有的万有引力运转不停,从这样一个简单的开端,演化出了无穷无尽的,最美丽和最奇异的生命形式,并且这一过程仍在继续。"

达尔文在《物种起源》中这么说。在那遥远的加拉帕戈斯群岛上,一群小小鸟儿的可爱大嘴上,却藏着自然的奥秘。它如此引人入胜,又让人赞叹生命的奇妙。这是一个永恒的事业。我们还有多少事情不知道,又要花多少时间才能真正明白这个自然的奥秘呢?

题图作者:Joel Sartore

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