原創 SME SME科技故事“亞洲無蜂鳥”是我們這些從小學課本里瞭解這種世界之最，進而對其產生興趣的人群的一個打擊。為了彌補這種遺憾，人們把外形、取食行為與蜂鳥極為相近，但是血緣上幾乎不沾邊的太陽鳥稱為“亞洲蜂鳥”，甚至把一種蛾子錯當成蜂鳥，最後取名為“蜂鳥鷹蛾”（Macroglossum stellatarum）。蜂鳥鷹蛾目前已知的338種蜂鳥幾乎全部聚集於拉丁美洲，其中大多數種類分佈在熱帶和亞熱帶的中美洲和南美洲，但也有一些種類生活於溫帶地區。鳥如其名，蜂鳥主要依靠花蜜為食，當然也會像其他鳥類一樣捕食一些小昆蟲。然而2004年德國鳥類學家傑拉爾德·邁爾（Gerald Mayr）在德國的巴登符德堡州發現了3000萬年前的蜂鳥化石，從而改變了一直以來被認為的蜂鳥是美洲土著的觀念，也在蜂鳥進化的研究中邁出了重要一步。這些蜂鳥化石保存於德國斯圖加特的一個博物館裡。不同於其他較大體型的脊椎動物，蜂鳥並沒有留下很多化石。在此之前，科學家們在巴西和巴哈馬群島的土層中發現了蜂鳥的化石。這些化石形成於地質時代的更新世時期，距今約260萬到1萬年。邁爾新發現的蜂鳥化石並不是很完整，而且表現出的某些特徵更像是雨燕，而不是現代蜂鳥。再加之蜂鳥一直以來被認為是美洲獨有的鳥類，邁爾對其進行了更加仔細的觀察與研究後，最終確認這是早期的蜂鳥化石，並將其命名為“歐洲蜂鳥”。無論“亞洲蜂鳥”太陽鳥和蜂鳥鷹蛾與蜂鳥在外形及生活習性上如何地相似，我們都要承認它們之間並沒有特殊親緣關係的事實，反而似乎八竿子打不著的雨燕和蜂鳥卻有著極深的淵源。蜂鳥（左）可以懸空吸食花蜜，而太陽鳥（右）不可以蜂鳥科、雨燕科及風頭雨燕科同屬於雨燕目，4200萬年前它們的共同祖先生活在歐亞大陸上。為進一步探究蜂鳥的進化，加州大學伯克利分校的吉米·麥奎爾（Jimmy McGuire）和他的同事羅伯特·杜德利（Robert Dudley）用了長達十年的時間，收集了284個種類的蜂鳥種的451只個體的DNA資料，並繪製出了蜂鳥的系統發育樹，將蜂鳥的進化過程較為完整地展現在公眾面前。蜂鳥的系統發育樹現有化石表明在大約4200萬年前的歐亞大陸上，蜂鳥便開始從雨燕目種分化出來，隨後踏上了前往美洲的道路。蜂鳥是不可能飛越海洋的，麥奎爾推測它們可能是通過當時的白令海峽的陸橋進入北美，然後向南來到南美洲。在更新世時期，白令陸橋對猛獁象等動物遷入美洲起到了重要的作用。歐亞大陸與北美洲之間動物群的選擇性交流大約2200萬年前，現代蜂鳥的祖先全部抵達了南美洲。南美洲為蜂鳥的爆發式進化提供了極佳的條件，尤其是安第斯山脈一帶。比如在寒冷的高海拔地區，授粉昆蟲相對較少，這就為蜂鳥的生存與發展騰出了空間。蜂鳥善於利用生態位還體現在對孤立的山谷以及氣候迅速變化的陡峭山坡的適應，另外安第斯山脈也為蜂鳥提供了棲息地，由此蜂鳥進化出了南美蜂鳥等九個不同的種。隨後一些種類的蜂鳥重新進入北美尋找棲息地。大約在500萬年前，蜂鳥前後共六次進入加勒比海區域。其中一個起源於北美的蜂鳥類群——bee hummingbirds，也參與了加勒比海的入侵，然而之後又與現存的世系一起在南美洲定居。蜂鳥的這一進化過程相當有趣，似乎也挺完美。但是隨著基因技術的發展，科學家們對鳥類基因組進行測序後發現，鳥類普遍缺乏脊椎動物感知甜味所需的甜味受體的編碼基因。生物學上的味道主要有“酸、甜、苦、鹹、鮮”五種，我們能夠感知到這些味道得益於味覺受體細胞種相應的受體，脊椎動物的甜味和鮮味是由一種叫做T1Rs的G蛋白偶聯受體介導的。脊椎動物一共有三種T1Rs，T1R1-T1R3二聚體負責感受鮮味，而T1R2-T1R3二聚體可以感知甜味。當然這些受體不是脊椎動物必須的，比如貓等食肉為主的脊椎動物體內也不存在甜味受體，它們感覺不到甜味。而鳥類基因組中缺少編碼T1R2的基因序列，按理說也不會感受到甜味，但是蜂鳥這種主要以花蜜為食的鳥類，在沒有甜味受體的情況下該如何覓食呢？科學家們用蔗糖水溶液和純淨水對蜂鳥做了一個選擇偏好的實驗，結果證明蜂鳥更傾向於蔗糖溶液。這表明蜂鳥是能夠感覺到“甜味”。隨後他們在幾個相同的蔗糖溶液中混入相同體積的阿斯巴甜等人工甜味劑溶液，形成新的混合溶液，同時另取一組蔗糖溶液混入蔗糖溶液作為對照組。實驗表明蜂鳥對人工甜味劑有一定的排斥性。實驗中正在取食的蜂鳥蜂鳥對蔗糖、果糖及葡萄糖這類富含於花蜜中的糖類表現出的敏感性，表明它們可以特異地識別花蜜。進一步的研究發現蜂鳥識別“甜味”的受體可能與其鮮味受體T1R1-T1R3二聚體有關。早期蜂鳥和雨燕的共同祖先的一個分支的鮮味受體發生了變異，使其能夠感受到花蜜的味道，於是轉而以競爭更少、更容易獲取的花蜜為食，漸漸發展成為現在的蜂鳥。所以蜂鳥眼中的花蜜是甜味、鮮味還是其他的味道我們也無法判斷，只有它自己知道。然而不得不說這種突變為蜂鳥的進化打開了新世界的大門。蜂鳥的食源單一，均為花蜜，然而卻具有極高的多樣性，可以進化出上百個種類。另外值得一提的是，在有些地方最多可以共存25種蜂鳥，這樣的競爭難道不會很激烈嗎？仔細觀察各種蜂鳥，你會發現蜂鳥喙的形狀與它們取食花朵的花冠形狀形成了完美的對應。蜂鳥需要花蜜為食，維持生存，而花也可以借蜂鳥達到傳粉授粉的目的，二者在長期的進化過程中互相適應，共同進化。這種特異性進化在長喙蜂鳥中體現地更加明顯。比如以美洲的攀緣植物西番蓮的花蜜為主要食源的刀嘴蜂鳥，為了適應西番蓮11.4釐米長的花冠結構，從身體比例來看，刀嘴蜂鳥的喙是所有鳥類中最長的。這就導致了它們在資源選擇上專一而特化，相對來說短喙和直喙的物種在取食上則更加隨機。刀嘴蜂鳥許多由蜂鳥授粉的植物會開紅色、橙色和亮粉色的花朵，因為蜂鳥對這些顏色比較敏感，而昆蟲則並非如此，如此便避免了蜂鳥與昆蟲的競爭。在加利福尼亞南部海岸的聖克魯斯島，開黃花的灌木猴面花只靠蜜蜂授粉，而紅島猴面花能夠吸引蜂鳥。此外以蜂鳥授粉為主的花其花蜜中含糖量偏低，同時蔗糖含量多於果糖與葡萄糖；因為鳥類嗅覺不發達，蜂鳥授粉的花通常是無味的。而以昆蟲授粉為主的花的花蜜較濃，而且通常以葡萄糖和果糖為主。在不同種類的蜂鳥之間，也會因為取食花的形狀以及喙形的不同以減少競爭，世界上最小的蜂鳥（bee hummingbirds）的侏儒化就是一個極好的例子。若以西番蓮作為食源，相比於刀嘴蜂鳥，它顯然是沒有優勢的。而體型縮小化之後，與昆蟲競爭花蜜則更為有利。可見蜂鳥會利用與自己匹配的資源來達到取食效率的最大化，同時也善於利用不同的資源。所以不難理解為什麼這些都以花蜜為食的鳥類可以做到如此的多樣化。蜂鳥的行為活動似乎都很極端：最小的體型、相對於身體最長的喙，以及在飛行時翅膀每秒可以拍動十幾次甚至幾十次；因為極高的新陳代謝需要消耗大量的食物，蜂鳥中有些種類是有領地意識的，會保護食物來源不受其他蜂鳥的掠奪，以確保自己未來的食物供應。此外，蜂鳥有一個擴大的海馬體，使其對取食過的花的空間位置有一定記憶力，便於下一次取食。2200萬年來，隨著環境的變化，蜂鳥一直在以極快的速度重塑、發展著自己，並且在同一生態位進化出能夠適應不同環境的種類。這也難怪爬蟲學家麥奎爾會對專長之外的蜂鳥產生如此之大的興趣。目前蜂鳥仍然處於一個動態多樣化的過程中，遷移到美洲的蜂鳥填補了北美、南美和加勒比地區的生態位和空間位，並且深刻地影響著大陸植物群。在有些地方蜂鳥的數量達到了飽和，而有些適應於新環境的蜂鳥也在不斷地出現。雙峰駝和單峰駝蜂鳥起源於歐亞大陸，然而卻在歐亞大陸滅絕，這種在一個大陸上進化，遷移到另一個大陸之後在原家園滅絕的現象也並非個例，我們更為熟知的駱駝也是一個這樣的例子。4500萬年前，駱駝生活在北美洲，約300到700萬年前，其中一個分支向南遷徙到達南美洲，演化成美洲駝或者羊駝；而另一個分支透過白令陸橋到達亞洲和非洲，演化成雙峰駝和單峰駝。而在約258萬年前，北美洲的駱駝徹底滅絕。可見生物的演化並不總是被侷限於一個封閉的空間，生物進化還有很多種可能性值得我們去探索。Hummingbird. SAN DIEGO ZOO.Hummingbirds Are Not as American as You Think. Joe Eaton. 2004.6.1.Hummingbirds' 22-million-year-old history of remarkable change is far from complete. ScienceDaily. Cell Press. 2014. 4.3.Ed Yong. Hummingbird Evolution Is Booming. Nature. 2014.4.3.Baldwin M W , Toda Y , Nakagita T , et al. Evolution of sweet taste perception in hummingbirds by transformation of the ancestral umami receptor[J]. Science, 2014, 345(6199):929-933.Hummingbird Evolution. Molly Michelson. California Academy of Science. 2014.4.9Convergent evolution: It's for the birds. Understanding Evolution.Douglas L. Altshuler and Robert Dudley. 2014. Molecular Phylogenetics and the Diversification of Hummingbirds. Current Biology.原標題：《變異於歐亞大陸的蜂鳥，卻飛去美洲和食物搶食物？》閱讀原文(本文來自澎湃新聞，更多原創資訊請下載“澎湃新聞”APP)
原創 SME SME科技故事“亞洲無蜂鳥”是我們這些從小學課本里瞭解這種世界之最，進而對其產生興趣的人群的一個打擊。為了彌補這種遺憾，人們把外形、取食行為與蜂鳥極為相近，但是血緣上幾乎不沾邊的太陽鳥稱為“亞洲蜂鳥”，甚至把一種蛾子錯當成蜂鳥，最後取名為“蜂鳥鷹蛾”（Macroglossum stellatarum）。蜂鳥鷹蛾目前已知的338種蜂鳥幾乎全部聚集於拉丁美洲，其中大多數種類分佈在熱帶和亞熱帶的中美洲和南美洲，但也有一些種類生活於溫帶地區。鳥如其名，蜂鳥主要依靠花蜜為食，當然也會像其他鳥類一樣捕食一些小昆蟲。然而2004年德國鳥類學家傑拉爾德·邁爾（Gerald Mayr）在德國的巴登符德堡州發現了3000萬年前的蜂鳥化石，從而改變了一直以來被認為的蜂鳥是美洲土著的觀念，也在蜂鳥進化的研究中邁出了重要一步。這些蜂鳥化石保存於德國斯圖加特的一個博物館裡。不同於其他較大體型的脊椎動物，蜂鳥並沒有留下很多化石。在此之前，科學家們在巴西和巴哈馬群島的土層中發現了蜂鳥的化石。這些化石形成於地質時代的更新世時期，距今約260萬到1萬年。邁爾新發現的蜂鳥化石並不是很完整，而且表現出的某些特徵更像是雨燕，而不是現代蜂鳥。再加之蜂鳥一直以來被認為是美洲獨有的鳥類，邁爾對其進行了更加仔細的觀察與研究後，最終確認這是早期的蜂鳥化石，並將其命名為“歐洲蜂鳥”。無論“亞洲蜂鳥”太陽鳥和蜂鳥鷹蛾與蜂鳥在外形及生活習性上如何地相似，我們都要承認它們之間並沒有特殊親緣關係的事實，反而似乎八竿子打不著的雨燕和蜂鳥卻有著極深的淵源。蜂鳥（左）可以懸空吸食花蜜，而太陽鳥（右）不可以蜂鳥科、雨燕科及風頭雨燕科同屬於雨燕目，4200萬年前它們的共同祖先生活在歐亞大陸上。為進一步探究蜂鳥的進化，加州大學伯克利分校的吉米·麥奎爾（Jimmy McGuire）和他的同事羅伯特·杜德利（Robert Dudley）用了長達十年的時間，收集了284個種類的蜂鳥種的451只個體的DNA資料，並繪製出了蜂鳥的系統發育樹，將蜂鳥的進化過程較為完整地展現在公眾面前。蜂鳥的系統發育樹現有化石表明在大約4200萬年前的歐亞大陸上，蜂鳥便開始從雨燕目種分化出來，隨後踏上了前往美洲的道路。蜂鳥是不可能飛越海洋的，麥奎爾推測它們可能是通過當時的白令海峽的陸橋進入北美，然後向南來到南美洲。在更新世時期，白令陸橋對猛獁象等動物遷入美洲起到了重要的作用。歐亞大陸與北美洲之間動物群的選擇性交流大約2200萬年前，現代蜂鳥的祖先全部抵達了南美洲。南美洲為蜂鳥的爆發式進化提供了極佳的條件，尤其是安第斯山脈一帶。比如在寒冷的高海拔地區，授粉昆蟲相對較少，這就為蜂鳥的生存與發展騰出了空間。蜂鳥善於利用生態位還體現在對孤立的山谷以及氣候迅速變化的陡峭山坡的適應，另外安第斯山脈也為蜂鳥提供了棲息地，由此蜂鳥進化出了南美蜂鳥等九個不同的種。隨後一些種類的蜂鳥重新進入北美尋找棲息地。大約在500萬年前，蜂鳥前後共六次進入加勒比海區域。其中一個起源於北美的蜂鳥類群——bee hummingbirds，也參與了加勒比海的入侵，然而之後又與現存的世系一起在南美洲定居。蜂鳥的這一進化過程相當有趣，似乎也挺完美。但是隨著基因技術的發展，科學家們對鳥類基因組進行測序後發現，鳥類普遍缺乏脊椎動物感知甜味所需的甜味受體的編碼基因。生物學上的味道主要有“酸、甜、苦、鹹、鮮”五種，我們能夠感知到這些味道得益於味覺受體細胞種相應的受體，脊椎動物的甜味和鮮味是由一種叫做T1Rs的G蛋白偶聯受體介導的。脊椎動物一共有三種T1Rs，T1R1-T1R3二聚體負責感受鮮味，而T1R2-T1R3二聚體可以感知甜味。當然這些受體不是脊椎動物必須的，比如貓等食肉為主的脊椎動物體內也不存在甜味受體，它們感覺不到甜味。而鳥類基因組中缺少編碼T1R2的基因序列，按理說也不會感受到甜味，但是蜂鳥這種主要以花蜜為食的鳥類，在沒有甜味受體的情況下該如何覓食呢？科學家們用蔗糖水溶液和純淨水對蜂鳥做了一個選擇偏好的實驗，結果證明蜂鳥更傾向於蔗糖溶液。這表明蜂鳥是能夠感覺到“甜味”。隨後他們在幾個相同的蔗糖溶液中混入相同體積的阿斯巴甜等人工甜味劑溶液，形成新的混合溶液，同時另取一組蔗糖溶液混入蔗糖溶液作為對照組。實驗表明蜂鳥對人工甜味劑有一定的排斥性。實驗中正在取食的蜂鳥蜂鳥對蔗糖、果糖及葡萄糖這類富含於花蜜中的糖類表現出的敏感性，表明它們可以特異地識別花蜜。進一步的研究發現蜂鳥識別“甜味”的受體可能與其鮮味受體T1R1-T1R3二聚體有關。早期蜂鳥和雨燕的共同祖先的一個分支的鮮味受體發生了變異，使其能夠感受到花蜜的味道，於是轉而以競爭更少、更容易獲取的花蜜為食，漸漸發展成為現在的蜂鳥。所以蜂鳥眼中的花蜜是甜味、鮮味還是其他的味道我們也無法判斷，只有它自己知道。然而不得不說這種突變為蜂鳥的進化打開了新世界的大門。蜂鳥的食源單一，均為花蜜，然而卻具有極高的多樣性，可以進化出上百個種類。另外值得一提的是，在有些地方最多可以共存25種蜂鳥，這樣的競爭難道不會很激烈嗎？仔細觀察各種蜂鳥，你會發現蜂鳥喙的形狀與它們取食花朵的花冠形狀形成了完美的對應。蜂鳥需要花蜜為食，維持生存，而花也可以借蜂鳥達到傳粉授粉的目的，二者在長期的進化過程中互相適應，共同進化。這種特異性進化在長喙蜂鳥中體現地更加明顯。比如以美洲的攀緣植物西番蓮的花蜜為主要食源的刀嘴蜂鳥，為了適應西番蓮11.4釐米長的花冠結構，從身體比例來看，刀嘴蜂鳥的喙是所有鳥類中最長的。這就導致了它們在資源選擇上專一而特化，相對來說短喙和直喙的物種在取食上則更加隨機。刀嘴蜂鳥許多由蜂鳥授粉的植物會開紅色、橙色和亮粉色的花朵，因為蜂鳥對這些顏色比較敏感，而昆蟲則並非如此，如此便避免了蜂鳥與昆蟲的競爭。在加利福尼亞南部海岸的聖克魯斯島，開黃花的灌木猴面花只靠蜜蜂授粉，而紅島猴面花能夠吸引蜂鳥。此外以蜂鳥授粉為主的花其花蜜中含糖量偏低，同時蔗糖含量多於果糖與葡萄糖；因為鳥類嗅覺不發達，蜂鳥授粉的花通常是無味的。而以昆蟲授粉為主的花的花蜜較濃，而且通常以葡萄糖和果糖為主。在不同種類的蜂鳥之間，也會因為取食花的形狀以及喙形的不同以減少競爭，世界上最小的蜂鳥（bee hummingbirds）的侏儒化就是一個極好的例子。若以西番蓮作為食源，相比於刀嘴蜂鳥，它顯然是沒有優勢的。而體型縮小化之後，與昆蟲競爭花蜜則更為有利。可見蜂鳥會利用與自己匹配的資源來達到取食效率的最大化，同時也善於利用不同的資源。所以不難理解為什麼這些都以花蜜為食的鳥類可以做到如此的多樣化。蜂鳥的行為活動似乎都很極端：最小的體型、相對於身體最長的喙，以及在飛行時翅膀每秒可以拍動十幾次甚至幾十次；因為極高的新陳代謝需要消耗大量的食物，蜂鳥中有些種類是有領地意識的，會保護食物來源不受其他蜂鳥的掠奪，以確保自己未來的食物供應。此外，蜂鳥有一個擴大的海馬體，使其對取食過的花的空間位置有一定記憶力，便於下一次取食。2200萬年來，隨著環境的變化，蜂鳥一直在以極快的速度重塑、發展著自己，並且在同一生態位進化出能夠適應不同環境的種類。這也難怪爬蟲學家麥奎爾會對專長之外的蜂鳥產生如此之大的興趣。目前蜂鳥仍然處於一個動態多樣化的過程中，遷移到美洲的蜂鳥填補了北美、南美和加勒比地區的生態位和空間位，並且深刻地影響著大陸植物群。在有些地方蜂鳥的數量達到了飽和，而有些適應於新環境的蜂鳥也在不斷地出現。雙峰駝和單峰駝蜂鳥起源於歐亞大陸，然而卻在歐亞大陸滅絕，這種在一個大陸上進化，遷移到另一個大陸之後在原家園滅絕的現象也並非個例，我們更為熟知的駱駝也是一個這樣的例子。4500萬年前，駱駝生活在北美洲，約300到700萬年前，其中一個分支向南遷徙到達南美洲，演化成美洲駝或者羊駝；而另一個分支透過白令陸橋到達亞洲和非洲，演化成雙峰駝和單峰駝。而在約258萬年前，北美洲的駱駝徹底滅絕。可見生物的演化並不總是被侷限於一個封閉的空間，生物進化還有很多種可能性值得我們去探索。Hummingbird. SAN DIEGO ZOO.Hummingbirds Are Not as American as You Think. Joe Eaton. 2004.6.1.Hummingbirds' 22-million-year-old history of remarkable change is far from complete. ScienceDaily. Cell Press. 2014. 4.3.Ed Yong. Hummingbird Evolution Is Booming. Nature. 2014.4.3.Baldwin M W , Toda Y , Nakagita T , et al. Evolution of sweet taste perception in hummingbirds by transformation of the ancestral umami receptor[J]. Science, 2014, 345(6199):929-933.Hummingbird Evolution. Molly Michelson. California Academy of Science. 2014.4.9Convergent evolution: It's for the birds. Understanding Evolution.Douglas L. Altshuler and Robert Dudley. 2014. Molecular Phylogenetics and the Diversification of Hummingbirds. Current Biology.原標題：《變異於歐亞大陸的蜂鳥，卻飛去美洲和食物搶食物？》閱讀原文(本文來自澎湃新聞，更多原創資訊請下載“澎湃新聞”APP)
變異於歐亞大陸的蜂鳥，卻飛去美洲和食物搶食物？
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