Nature子刊：为什么热带鸟类如此丰富多彩?新的研究揭示了真相

包含9409只鸟的家谱物种使科学家们能够揭示为什么热带地区有如此丰富多彩的鸟类，以及这些鲜艳的颜色是如何随着时间的推移而进化和分散的。

　　

你能看到的鸟的颜色会根据你的位置而变化。在远离赤道的地区，鸟类通常呈现单调的颜色，而靠近热带的地区，你可能会看到更多不同颜色的羽毛。与其他地区相比，热带地区色彩鲜艳的鸟类数量丰富，这引起了科学家们的兴趣。他们还质疑这些充满活力的鸟类的起源，思考这些彩色羽毛是在热带地区进化而来的，还是这些鸟类有从其他地方迁徙到该地区的彩色祖先。

在《Nature Ecology and Evolution》杂志上发表的一项新研究中，科学家们建立了一个包含9409只鸟类的数据库，以探索颜色在全球的传播。他们发现，彩虹色的彩色羽毛在鸟类的生命树上出现了415次，在大多数情况下，出现在热带以外的地方——所有现代鸟类的祖先可能也有彩虹色的羽毛。

显色机理及研究方法

“几十年来，科学家们一直有这样的假设，即热带地区有更明亮或色彩更丰富的鸟类，”芝加哥菲尔德博物馆的研究科学家、该论文的主要作者Chad Eliason说。“我们想找到一种机制来帮助我们理解这些趋势——这些鲜艳的颜色是如何形成的，以及它们是如何随着时间的推移在鸟类家谱中传播的。”

动物产生颜色的方式主要有两种:色素和结构。细胞产生黑色素等色素，这是黑色和棕色的原因。同时，结构颜色来自于光线反射不同排列的细胞结构的方式。彩虹色是结构色的一个例子，彩虹的闪烁会根据光线照射物体的方式而变化。

热带鸟类的颜色来自于明亮的色素和结构色的结合。Eliason的作品侧重于结构色彩，所以他想探索热带鸟类色彩的元素。他和他的同事们梳理了9409种鸟类的照片、视频，甚至是科学插图——这是科学已知的1万多种鸟类中的绝大多数。研究人员记录了哪些物种有彩虹色的羽毛，以及这些鸟类在哪里被发现。

然后，科学家们将他们关于鸟类颜色和分布的数据与基于DNA的已有家谱结合起来，展示了所有已知鸟类物种之间的相互关系。他们将这些信息输入一个建模系统，以推断彩虹色的起源和传播。“基本上，我们做了很多计算，”Eliason说。

进化的见解和启示

考虑到现代物种彼此之间的关系，以及它们在哪里被发现，以及物种形成的总体模式，以及颜色等特征如何随着时间的推移而变化，建模软件确定了我们今天看到的鸟类颜色最可能的解释:数百万年前，热带地区以外的彩色鸟类经常来到这个地区，然后分支出越来越多不同的物种。该模型还揭示了一个关于所有现代鸟类祖先的惊喜。

作为背景，鸟类是恐龙的一个特殊群体——已知最早的鸟类始祖鸟生活在1.4亿年前。一个叫做新鸟兽的鸟类亚群在8000万年前进化而来，它成为6600万年前大灭绝中唯一幸存下来的鸟类(和恐龙)。所有现代鸟类都是新鸟属的成员。Eliason和他的同事们制作的模型表明，所有新鸟兽的共同祖先，在8000万年前，有彩虹色的羽毛，在鸟类家谱上仍然闪闪发光。

“当我得知所有鸟类的祖先都是彩虹色时，我非常兴奋，”Eliason说。“通过检查羽毛化石和保存下来的羽毛中产生色素的结构，我们之前已经发现了彩虹鸟和其他有羽毛恐龙的化石证据。所以我们知道，彩虹色羽毛早在白垩纪就存在了——这些化石有助于支持我们的模型，即所有现代鸟类的祖先也是彩虹色的。”

第一批新鸟兽很可能是彩虹色的，这一发现可能对古生物学产生重要影响。”我们可能会在化石记录中发现更多的彩虹色，现在我们知道要去看了，”Eliason说。

虽然这项新研究揭示了彩虹色是如何在数百万年的时间里在鸟类家族中传播的，但一些大问题仍然存在。Eliason说:“我们仍然不知道虹彩最初是如何进化的。虹彩羽毛可以被鸟类用来吸引配偶，但虹彩也与鸟类生活的其他方面有关。例如，树燕会随着湿度的变化而改变颜色，所以彩虹色可能与环境有关，也可能与羽毛的另一种物理特性有关，比如抗水性。但更多地了解热带地区是如何出现这么多彩虹色鸟类的，可能有助于我们理解彩虹色进化的原因。”

参考文献:“Transitions between colour mechanisms affect speciation dynamics and range distributions of birds” by Chad M. Eliason, Michaël P. J. Nicolaï, Cynthia Bom, Eline Blom, Liliana D’Alba and Matthew D. Shawkey, 26 July 2024, Nature Ecology & Evolution.