高海拔地区的鸟为什么看起来更胖？
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编译｜Crazybirdy
羽毛是一种质地光滑、结构精巧的物质，是生物演化上的创新。它们帮助鸟类实现飞行，但除了用于飞行的坚硬飞羽之外，鸟类还在其身体和最外层的轮廓羽毛之间保留了一层柔软而蓬松的羽绒，用于调节体温 。
绒羽的细节照片，羽小支间没有羽小钩连接，因此显得蓬松柔软。图片来源：史密森自然历史博物馆
史密森国家自然历史博物馆的彼得·巴克研究员萨哈斯·巴尔夫（Sahas Barve）使用该博物馆收藏的鸟类标本进行了一项新研究。他对喜马拉雅山脉分布的249种雀形目鸟类的羽毛进行了研究，结果发现高海拔地区的鸟类相较低海拔的种类拥有更多的蓬松绒羽。一些鸟类的绒羽（如雁形目种类）也会被人类收集起来，作为填充衣物的羽毛类型。
高海拔生活的黑喉红尾鸲（Phoenicurus hodgsoni）看起来胖乎乎毛茸茸的。图片来源：史密森自然历史博物馆
该研究于2月15日发表在国际生态学著名期刊《Ecography》上（如下图），该研究还发现，体形较小的雀形目鸟类比体型较大的种类散发热量的速度更快，因此它们的绒羽厚度往往与它们的体型成反比，也就是说小型鸟类的“绝缘层”更厚。
该论文的期刊和标题，图片来源：论文截图
在如此众多的物种中发现如此清晰的结果，突显出羽毛对鸟类适应环境的能力有多重要，并暗示添加绒羽的数量可能是所有鸣禽趋同的生存适应策略。此外，来自较冷环境的鸟类往往长有更厚的绒羽，可以帮助研究人员仅通过研究羽毛来预测哪些鸟类最容易受到气候变化的影响。
“喜马拉雅山脉的气候变暖速度最快。 同时，气候变化正在推动暴风雪等极端寒冷事件的频率和强度增加。 能够准确地预测鸟类可以承受的温度可以为我们提供一种新的工具来预测某些物种对气候变化的反应。” 这项研究的第一作者萨哈斯·巴尔夫博士如是说。
正在测量羽毛的巴尔夫博士，图片来源：Shashank Dalvi摄影
这项研究的灵感来自喜马拉雅山肖克-喀尔喀（Sho-kharkh）森林的一个寒冷的早晨，正在开展野外研究的萨哈斯观察到一只戴菊（Regulus regulus）。萨哈斯很是好奇，这只体重还不如一茶匙糖重（5-6克）的鸟类如何能够在冰天冻地的树枝之间飞来飞去，而他自己已经被这彻骨的严寒冻得手脚麻木。当萨哈斯把双手伸回到厚外套的口袋里取暖时，他的脑海中浮现的问题是“喜马拉雅山区的鸟类会穿防寒外套吗？”。
冬天在北京圆明园里拍到的戴菊，它也是看起来胖乎乎毛绒绒的，穿了一层天然的“羽绒服”，摄影：娄方洲
为了回答这个问题，萨哈斯和他的合作者使用显微镜拍摄了史密森尼博物馆收藏的1,715个雀形目标本的胸部羽毛照片，这些标本代表了来自喜马拉雅山脉高海拔寒冷地带分布的249种鸟类。然后，萨哈斯和他的合作者使用这些超级详细的照片来确定每根羽毛的绒毛部分长度相对于其总长度的确切比例（见下图）。与大多数鸟类飞羽的流线型末端相比，该团队能够通过观察每根羽毛靠近基部的蓬松绒毛部分来做到这一点。在仔细记录了所有这些绒毛部分的相对长度之后，萨哈斯的分析结果显示，体型最小的鸟类和那些生活在更冷的高海拔的鸟类在其身体羽毛上的绒羽比例最高。
从羽毛的放大图中可以看出羽毛靠近根部的绒羽部分，大约占了这片羽毛的一半。图片来源：史密森自然历史博物馆
分析表明，高海拔地区的鸟类羽毛中绒羽的含量高达25%，最小的鸟类的羽毛长度是最大的鸟类的三倍，与它们的体型成比例（见下图）。过去的研究表明，来自较冷栖息地的鸟类运动时增加了绒毛隔热性。但萨哈斯表示，这是第一项针对寒冷环境中海拔4500米以上的大量物种分析这种模式的研究。 萨哈斯说：“看到如此众多物种之间的这种相关性，可以说明我们的结果应该具有普适性，这些结果表明所有雀形目鸟类都可能表现出这种模式。
隔热羽毛结构，高度和体型之间的关系。 （A–D）在数据集中描述249种物种中羽毛的结构，高度和体型之间的关系。 橙色点代表具有热带进化起源的分类单元，而紫色点代表温带起源的分类单元。 线表示基于线性回归模型变量之间的预测关系，误差带表示标准误差。 （A）在温带和热带鸟类类群中，绒毛部分的比例随海拔的升高而增加，但（B）相对羽毛长度随海拔的升高并没有显着变化。 （C）喜马拉雅鸟类的绒羽部分比例和体重的关系，所以（D）相对羽毛长度均随体重增加显着下降（来自Barve et al. 2021）。
博物馆羽毛鉴定实验室的负责人卡拉·多夫（Carla Dove）表示，她很高兴与萨哈斯合作以一种新的方式使用史密森自然历史博物馆的鸟类藏品，她说：“如果没有史密森自然历史博物馆的藏品，我们将永远无法看待这么多不同的物种并获得这种趋同的进化模式。”
这项研究的另一个特色是，它在华盛顿特区市中心的史密森自然历史博物馆中进行，而不是研究者亲自去喜马拉雅山野外研究这些鸟类。这种便利使得萨哈斯能够在新冠病毒席卷全球之前迅速收集所需的数据，然后可以进行数据分析。” 萨哈斯说，他目前继续开展研究，以实验的手段来分析鸟类从其羽毛中获得了多少绝热，然后将其与羽毛的结构和羽绒的比例联系起来。
萨哈斯的目标是有朝一日开发出一种数据模型，该模型将使科学家能够观察羽毛的结构并预测其为鸟类提供了多少隔热性，这项功能可以帮助研究人员确定易受气候变化影响的物种。论文的合作者多夫说，利用这些结果最终使人们了解到鸟类应对气候变化的潜力，也凸显了自然历史博物馆标本收藏的重要性。多夫说“在过去的200年中，我们收集了62万只鸟类标本，这些标本一直在为萨哈斯这样的研究提供基础数据（见下图）。我们不知道我们的标本将被用于什么样的科学研究；这就是为什么我们必须维护它们并不断增加新的标本。这些珍贵的历史标本可以帮助人类用来预测未来。”
史密森自然历史博物馆的鸟类收藏（来自史密森自然历史博物馆）
看完这个研究，小编觉得这个研究的结果似乎是不言自明的。但是这个研究的精彩之处是用科学的方法证明了一个看似简单的道理，也许这就是科学吧！
参考文献
1.Barve, S., Ramesh, V., Dotterer, T.M. and Dove, C.J. (2021), Elevation and body size drive convergent variation in thermo‐insulative feather structure of Himalayan birds. Ecography. https://doi.org/10.1111/ecog.05376
2.https://www.azolifesciences.com/news/20210216/Birds-keep-fluffy-down-feathers-between-their-bodies-to-survive-cold-climates.aspx
3.https://www.si.edu/newsdesk/photos/bird-jacket-sahas-barve-1