黑头山雀羽毛反射率与空间认知能力的关联研究：对性选择和雌性择偶的新见解

为探究鸣禽次级性征与认知能力关系，研究人员以黑头山雀（Poecile atricapillus）为对象，发现羽毛反射率与空间认知有关，而鸣叫无此关联。该研究为理解雌性择偶及性选择提供了新视角1222。

　　在自然界中，许多鸟类都有着独特的生存策略。对于像黑头山雀这样的非迁徙性储食鸟类而言，冬季是一个充满挑战的季节。它们需要依靠特殊的空间认知能力来储存和找回食物，以度过食物匮乏的时期。这种空间认知能力不仅关乎生存，还与繁殖成功紧密相关。然而，一个有趣的问题是，雌性黑头山雀是如何识别具有更强认知能力的雄性呢？是通过直接观察，还是借助某些次级性征呢？这一疑问吸引着众多科研人员的目光，也促使了本次研究的开展。

来自加拿大西安大略大学（University of Western Ontario）的研究人员 Laura Robayo Noguera、Chloe A. L. Stevenson 等人针对这一问题展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Animal Cognition》杂志上，为我们揭示了黑头山雀在性选择和认知能力方面的奥秘。

为了开展这项研究，研究人员采用了多种关键技术方法。首先，他们通过野外捕捉的方式，获取了 16 只野生雄性黑头山雀作为研究样本。在实验室中，研究人员为这些鸟儿提供了适宜的生活环境，并进行了为期四周的适应期。之后，研究人员对这些鸟儿进行了一系列的行为测试，包括空间学习任务、逆转学习任务（用于评估认知灵活性）和长期记忆任务。同时，研究人员还通过两两互动的方式确定了每只鸟儿的社会优势等级，利用光谱仪测量了鸟儿六个身体部位的羽毛反射率，并记录了它们的 “fee-bee” 鸣叫。最后，研究人员运用统计分析方法，探究了这些变量之间的关系。

研究结果如下：

1. 认知表现：在 15 次试验中，黑头山雀在空间学习和记忆、逆转学习以及长期记忆任务中的表现均有显著提升，表现为定位错误减少。而且，在空间学习和逆转学习任务中，完成任务速度更快的鸟儿错误更少，但在长期记忆任务中，完成任务的时间与错误数量并无显著关联。此外，逆转学习任务中错误较少的鸟儿，在长期记忆任务中错误也显著更少，但其他任务之间的错误数量和完成时间并无显著关系34。
2. 社会优势等级与认知的关系：研究发现，社会优势等级与空间学习、逆转学习和长期记忆表现均无显著关系，因此在后续分析中未纳入该因素5。
3. 羽毛变异与认知表现的关联
   • 主成分分析：对羽毛变量进行主成分分析（PCA）后发现，前 4 个主成分（PC1 - PC4）解释了数据集中 92% 的变异。其中，黑色喉部的平均亮度在 PC1 上载荷最高，白色脸颊的平均亮度在 PC2 上载荷最高，白色胸部的平均亮度在 PC3 上载荷最高，黑色颈背的平均亮度在 PC4 上载荷最高67。
   • 空间学习表现与羽毛反射率：在空间学习任务中，白色脸颊更亮的鸟儿完成任务更快，但错误数量与白色脸颊亮度并无显著关系。同时，完成任务更快的鸟儿，其白色羽毛斑块更亮，且黑色与白色斑块之间的对比度更高，尤其是白色脸颊与其他斑块的对比。然而，其他羽毛变量与空间学习和记忆表现并无显著关系89。
   • 逆转学习表现与羽毛反射率：在逆转学习任务中，所研究的羽毛变量（包括亮度、UV 色度等）与任务表现均无显著关系，且对旧奖励位置的访问次数（即持续性错误）与羽毛变量也无显著相关性1011。
   • 长期记忆表现与羽毛反射率：在长期记忆任务中，所有研究的羽毛变量与任务表现均无显著关系1213。
4. 鸣叫变异与认知表现的关联
   • 主成分分析：对 15 个鸣叫变量进行两次 PCA 分析，一次针对均值，一次针对变异系数。结果显示，变异系数 PCA 的前 3 个主成分（PC1 - PC3）解释了数据集中 89% 的变异。多个变量在这 3 个主成分上载荷较高，因此后续使用主成分进行统计分析1415。
   • 空间学习表现与鸣叫变异：在空间学习任务中，与鸣叫相关的模型均未显示出与任务表现的显著关系1617。
   • 逆转学习表现与鸣叫变异：在逆转学习任务中，与鸣叫相关的模型均未显示出与任务表现的显著关系，且持续性错误与鸣叫变量也无显著相关性1819。
   • 长期记忆表现与鸣叫变异：在长期记忆任务中，与鸣叫相关的模型均未显示出与任务表现的显著关系2021。

综合研究结果和讨论部分，该研究具有重要意义。研究人员发现，在黑头山雀的两种次级性征中，羽毛反射率的变化与雄性黑头山雀的认知表现存在显著关联。具体而言，白色羽毛更亮、黑白斑块对比度更高的雄性，在空间学习和记忆任务中表现更好，这表明雌性对这些羽毛特征的选择可能反映了对更好空间认知能力的偏好。然而，研究并未发现认知表现与鸣叫结构变异之间的关系。这一结果提示，雌性在择偶时可能会综合考虑多种因素，包括羽毛特征、鸣叫特征以及直接观察等，而且其择偶偏好可能会因不同情境（如选择社会伴侣还是额外配对伴侣）而有所不同。该研究为我们理解动物的性选择和雌性择偶行为提供了新的视角，也为后续进一步研究动物认知与行为之间的关系奠定了基础。