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企鹅是如何成为“南极之王”的?

  8月4日报道 据美国《纽约时报》网站和路透社近日报道,很难想象企鹅生活在其他地方。但古老企鹅的化石却在赤道附近出现,而且很多这些史前海鸟早于南极洲冰原的形成。

  报道说,很少有动物能像企鹅一样进化到能在残酷的南极生存。像帝企鹅这样的物种有层层相叠的隔热羽毛、排列得很紧密的血管来保持体温,以及足以抵御接近零下80华氏度(约为零下62摄氏度)风寒的腹部。

  有了所有这些能适应寒冷天气的能力,很难想象企鹅生活在其他地方。但古老企鹅的化石却在赤道附近出现,而且很多这些史前海鸟早于南极洲冰原的形成。美国布鲁斯博物馆的古生物学家丹尼尔·克塞普卡说:“它们经历了地球历史上最热的时期,当时赤道的温度比现在高5华氏度。它们基本上是在无冰环境中进化的。”

  为了确定企鹅是如何从温暖的热带水域过渡到极地海洋的,克塞普卡和他的同事们最近分析了所有现存企鹅的基因组。然而,现代企鹅的基因告诉研究人员的只有这么多。大多数现代谱系只能追溯至几百万年前,无法说明企鹅6000万年漫长进化历程中的大部分历程。

  化石记录

  克塞普卡说,超过四分之三的企鹅物种“现在已经灭绝”。他还说:“你必须研究化石记录,否则你只能看到事情的一部分。”

  为了补充现代数据,研究人员研究了形形色色的古代海鸟化石。一些史前企鹅穿梭于秘鲁附近的热带水域,用矛状的喙来叉鱼。其他企鹅的腿很长,最大的可能有7英尺(约为2.1米)高。有些甚至长着一片片锈红色的羽毛。

  通过比较现代企鹅和企鹅化石的基因组,研究小组得以重建企鹅的进化过程。在周二发表在《自然·通讯》上的研究结果中,研究人员找到了帮助企鹅从温暖水域过渡到极地的基因。这些基因中的一些帮助企鹅增加脂肪,而另一些则将它们萎缩的翅膀塑造成流线型的鳍状肢。有些基因甚至增强了企鹅的免疫系统,或帮助它们在深海潜水时忍受低氧。

  在秘鲁利马的自然历史博物馆,古生物学家鲁道夫·萨拉斯研究了一只生活在3600万年前的巨型企鹅化石的头盖骨,这只企鹅大约5英尺高、130磅(约为59千克)重。

  研究人员还发现了一些基因,这些基因有助于微调企鹅的眼睛,在冰冷的深处能看得见。大多数鸟类拥有四种类型视锥细胞,而企鹅的其中一种视锥细胞是不活跃的,这阻碍了它们看到绿色和红色的能力。相反,它们的眼睛已经适应海洋的蓝色。

  一些缺失的基因令研究人员备感困惑。虽然现代企鹅吃磷虾,但这个研究小组发现,有证据表明,它们的祖先缺乏有助于分解甲壳动物外壳的基因。这可能是古代企鹅捕食较大猎物的证据,比如鱼和乌贼。企鹅的口感受限制,味觉也有限。它们的味觉受体只能感受咸味和酸味,克塞普卡说:“如果你吃的是鱼,那就相当不错了。这可能就是它们喜欢沙丁鱼的原因。”

  变化缓慢

  当这些变化发生在古代企鹅身上时,它们就陷入困境了。基因分析显示,企鹅的进化速度通常是所有鸟类中最慢的。因为它们看起来如此奇特,如此缓慢的变化速度似乎令人惊讶。但这它揭示了企鹅丰满而流线型的身体构造是多么成功——数百万年来,它的变化只是缓慢的过程。但在南极寒冷的冬季繁殖的帝企鹅是所有企鹅中进化速度最快的,这令研究人员推断,更低的温度以某种方式加快了企鹅的进化。

  智利天主教大学的生态学家朱莉安娜·维安纳说,这一观点与企鹅在全球变冷期间向南迁徙是一致的。维安纳最近领导了相似的研究,但没有参与这项新的研究。她说:“它们的进化史与历史上的气候变化以及冰川作用密切相关。”

  了解企鹅在过去是如何变化的,可能会为企鹅在更热的未来如何生存提供线索。新西兰梅西大学的古生物学家、这项新研究报告的作者丹尼尔·托马斯说:“气温变暖将影响企鹅的生物地理范围,影响它们赖以为生的食物物种,以及捕食它们的物种。”

  克塞普卡说,虽然这项研究是对企鹅家族的全面研究,但仍有一种海鸟缺失了——最后一种会飞的企鹅。这种像海雀的小型鸟类可能生活在古代新西兰,但它的化石却难以被发现。他说:“如果我有一个愿望的话,那这就是我最想要的东西。”

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