勺嘴鹬的喙可能不是勺子,而是锤子、过滤器或传感器

来源:savespoonbilledsandpiper.com


勺嘴鹬的喙

这是一种嘴巴形状很像勺子的鸟,尽管这种鸟确实使用了勺子进食,我们将在Kelly和他的同事们所著的一篇关于涉禽研究的文章中了解到这种鸟确实不是将它的勺嘴当做勺子使用。

来源:savespoonbilledsandpiper.com


勺嘴鹬是一种在俄罗斯东北部繁殖并在东南亚越冬的小型涉禽。它是世界上最稀有的鸟类之一,同时也是世界上最著名的涉禽之一,但如果不是因为它独特勺形的喙,它不会这么引人关注。勺嘴鹬吸引了鸟类观察者和科学家的关注是因为它是现存的涉禽中唯一一种进化出勺状喙的物种,这不禁引起好奇:为什么呢?

来源:savespoonbilledsandpiper.com


Kelly, Zöckler,Scampion和Syroechkovskiy通过一系列令人印象深刻的观察来解决这个谜团,这些观察来自勺嘴鹬生命周期的各个阶段。 他们将这些观察结果综合为六种进食机制,以解释这些涉禽是如何使用其令人瞩目的勺嘴。 然后,他们使用这些新描述的进食行为来讨论勺状喙可能的进化路径及其原因。


首先,研究人员详细介绍了勺嘴鹬很奇特的喙。 仔细检查后,它更像是一把铲子而不是一把勺子。 其尖端横向扩展成两个三角形,圆形的外边缘略微向下倾斜。


2012.7.3  勺嘴鹬在位于北极地区俄罗斯-梅诺帕尔吉诺-楚科齐的繁殖地(B.Scampion摄)


作者指出,虽然从外表看来勺嘴鹬的喙与其它滨鹬截然不同,但是当勺嘴鹬张开嘴巴,里面可以看到鹬类嘴巴的基本的轮廓(见上图)。然而,勺嘴鹬的喙在一些重要的方面不同于其他鹬:(1)勺嘴在基端也和在顶端一样扩展开了,让勺嘴鹬具备了更宽的舌头

(2)有更多的表皮突起(这有助于保持舌头在双向移动的同时食物向后移动)

(3)喙尖分布着比正常情况更加密集的赫布斯特小体(有助于鸟类在潮湿的沙土或土壤下感知猎物的神经末梢)

这些有趣的差异可能与如何使用勺嘴有关。


那么勺嘴鹬如何使用他们的勺嘴进食呢?为了回答这个问题,研究人员在俄罗斯的繁殖地和在孟加拉国、泰国、缅甸和中国的非繁殖地区仔细观察多年。在2003年至2017年的这一长期的实地考察中,研究人员收集了超过1000幅照片和视频。


通过野外观察这一有效方法,作者首先定义了行为元素(而不是他们本身的进食方法):Concertinaing,Grandstanding,Pirouetting,Jumpback and Transitting(文章在表1中提供详细的描述,并用照片展示了鸟类的这些行为)。作者使用这些引人注目的行为元素来描述六种特定的进食方法(在表2中有很好的总结)

1.选择性啄食在泥土或浅水中稳步向前啄食。

2.横扫-啄食沿着勺嘴轴线的方向啄食前进,并在啄食的高点作横扫动作。这种技术是勺嘴鹬独一无二的。其他鹬使用类似的方法,但并没有横扫的动作。

3.啄食:类似于横扫-啄食,但是很少横扫的动作。

4.锤击:将鸟喙当锤头一样击入水中或泥地当中。

5.刺:类似啄食动作,但插入泥地时上下喙闭合,更加有力。

6.吸食:勺嘴鹬连续并快速地将喙尖插入泥地较浅的位置,看起来像是从泥地吸取食物。

之前发表的文章曾提出假设勺嘴鹬或许将其勺嘴当作铲、锄头、捕鼠器和生物薄膜以帮助其进食,作者结合这些内容讨论了勺嘴鹬的上述觅食技巧,之后他们进一步提出自己的观点,将勺嘴鹬的喙比喻成锤子、过滤器及传感器


锤子:锤子是一个有着沉重的头部用于打破东西或者把物体驱赶出表面的工具。勺嘴鹬在锤击或者刺的时候将勺嘴当作锤子使用使得猎物无法动弹,但是其他物种也有这样做的,作者认为,勺嘴状结构与直接猎杀更大猎物更高的成功率之间没有可靠的联系。


过滤器:过滤器是一种从通过其的液体(或气体)中除去固体颗粒的多孔装置。勺嘴可能像过滤器一样可以获取小型食物,特别是生物膜。 这是由丹尼·罗杰斯(Danny Rogers)在2007年提出的想法:鹬像使用荷兰锄头(一种和勺嘴具有相似形状的刀片的园林工具)一样用勺嘴来液化底物并固定猎物,然后用表皮突起和像泵一样的大舌头将猎物从液体中过滤。作者得出结论,这个假设结合将勺嘴鹬的喙当作可以侦测猎物的传感器,可能有助于解释勺嘴的进化


传感器:声音传感器可检测压力变化(通过声波)并将其转换为电波,然后这些信号传送到放大器或记录设备。 勺嘴鹬的喙并不检测声波,而是充当检测压力变化的传感器 。赫布斯特小体用于检测勺嘴表面各个位置的压力梯度。然后,勺嘴鹬会检测在该压力图中造成干扰的阻碍物体(猎物)。


事实上,勺嘴鹬拥有赫布斯特小体的数量远超其它鹬类,证明压力感知可能涉及到其喙形的演变。此外,含有赫布斯特小体的勺嘴部分比其余部分厚,这可能会增强脉冲和放大信号。此外,前边缘的斜角和勺嘴的软角也可能减少声波的扰动。


在这种情况下,使用啄食、刺等进食技巧可以产生压力场的扰动。这种扰动将使鸟类能够根据横向膨胀的勺嘴增强的方向线索来侦测猎物。吸食也可能是靠近表面水平的压力感测方法,通过较轻冲击啄击产生较小的压力波来侦测近距离的物品。将鸟喙当作压力传感器可能在泥泞的表面中特别有用,勺嘴鹬可有效使用刺的技巧而不需要肉眼看到猎物。


作者得出结论,压力传感器假说似乎是最有说服力的一个解释,因为它说明了这种小而侧面膨大的喙是如何取得选择性的优势。将鸟喙当作传感器,更宽的鸟喙可能意味着具有更大的侦测和捕获猎物的能力,具备更高的存活率并繁衍更多的后代。


当然,所有这些论点都是基于一个合理的假设,即鸟喙形状随着进食方式而进化。


作者没有讨论勺嘴鹬的勺嘴可能具有一些其它适应性价值的可能性,如用于体温调节3。或者说这个勺嘴根本就没有适应性可言。奇怪的事情一直发生在大自然中。例如,这一期的《涉禽研究》4也提到蛎鹬令人惊讶的长嘴巴。这是适应吗?如果雌性开始发现某个雄性非常有吸引力并为它繁殖许多后代,将会发生什么呢?在最近的一本书5中,基于达尔文关于伴侣选择的理论,理查德·普拉姆提出生物的一些特征可能与功能无关,而是通过纯粹的审美进化。


如果勺嘴鹬的勺嘴仅仅用来吸引异性,那么这也很可能导致种群规模很小,性选择和灭绝风险往往是相关联的6。另一种可能性是,勺嘴没有真正的好处,但也不至于因不适应被自然选择所淘汰。这种进化的怪异现象最有可能产生和持续存在于小群体中,这可能也解释了其它一些功能不明的特征,比如说歪嘴鸻侧弯的喙。事实是我们尚不知道真相,但凯利和其他同事带给我们很多思考。


1.Kelly, C., C. Zöckler, B. Scampion & E. E. Syroechkovskiy. 2017. 锤子、过滤器还是传感器-勺嘴鹬如何用它们的喙进食?Wader Study 124(2): 99–104

http://www.waderstudygroup.org/article/10068/

2.Piersma, T., R. van Aelst, K. Kurk, H. Berkhoudt, & L. R. M. Maas, Leo R. M. 1998. 一种鸟类侦测猎物的新型压力感受机制:海床动力机制的运用?Proceedings: Biological Sciences. 265(1404): 1377–1383.

http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/265/1404/1377

3.Tattersall, G.J., B. Arnaout & M.R. Symonds. 2017. 鸟喙作为体温调节器官的进化。Biological Reviews 92: 1630–1656.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/brv.12299/abstract

4.Cooney T. 2017. 欧亚蛎鹬喙状异常。Wader Study 124(1): 155–156.

http://www.waderstudygroup.org/article/9630/

5.Prum, R. O. 2017. The Evolution of Beauty: How Darwin’s forgotten theory of mate choice shapes the animal world – and us. 美丽的进化:达尔文被遗忘的择偶理论如何塑造动物世界和我们。New York: Doubleday.

https://www.penguinrandomhouse.com/books/224257/the-evolution-of-beauty-by-richard-o-prum/

6.Kokko, H., & R. Brooks. 2003. 性感至死?性选择和灭绝的风险。Annales Zoologici Fennici 40: 207–219.

http://www.kokkonuts.org/p/Sexy2die4.pdf


翻译/leslie

审稿/海峰

编辑/栗子妹妹