为什么有这么多鸟？

如今，地球上生活着数千种鸟类，数量从 10,000 种到 18,000 种不等，具体取决于你如何定义“物种”。化石记录表明，几乎所有这些长着羽毛、会飞的物种都是在 6600 万年前的上一次大灭绝之后出现的，当时一颗小行星撞击地球，导致非鸟类恐龙灭绝。只有少数鸟类（鸡、鸵鸟和鸭类动物）跨越了灭绝线，从而产生了令人眼花缭乱的现代鸟类：从鸣禽到鸦科动物再到鹦鹉。

然而，这种快速进化是如何展开的，长期以来一直是生物学上的一个谜团。新的研究揭示了鸟类的这种繁衍。在 7 月 31 日发表在《科学进展》杂志上的一项研究中，科学家报告了与白垩纪突然、火热的结束有关的鸟类生命树的 DNA 变化模式。据这项研究的主要作者、密歇根大学的进化生物学家雅各布·伯夫 (Jacob Berv) 称，这是迄今为止首次发表的证据表明，灭绝事件直接导致了鸟类基因组的重大转变。

[相关：我们对鸟类的认识大错特错]

Berv 告诉《大众科学》： “我们正在使用新的统计模型来检测序列中这种我们以前无法检测到的特殊模式。”他补充道：“这使我们能够以直接且非常清晰的方式将鸟类基因组的重大变化与这次大规模灭绝事件联系起来，这是我们以前无法做到的。”根据研究，这些遗传特征并不是随机的。根据 Berv 及其同事的二次分析，观察到的 DNA 变化与体型和亲代照料的变化有关，这可能是鸟类成功和多样化的关键。

标志着白垩纪结束和古近纪开始的灭绝事件留下了明显的痕迹。首先，墨西哥有 6.2 英里宽的希克苏鲁伯陨石坑。然后是地质记录中的 K-Pg 边界，这是一层独特的富含铱的岩石。当然，霸王龙的踪迹也十分罕见。（不过，不要为恐龙感到太难过，毕竟鸟类也是恐龙。）现在，研究人员又发现了一颗巨大的小行星对地球有多大影响的谜团的另一部分。

“我认为，总的来说，我们低估了这些灭绝事件对现代多样性的影响程度，”英国巴斯大学的古生物学家和进化生物学家尼克·朗里奇说。朗里奇没有参与贝夫的研究，但之前研究过未能跨越白垩纪-古近纪界线的鸟类。“我们倾向于关注日常的小突变——我们称之为微观进化——但回顾漫长的时间跨度，你会发现这些非常极端、罕见的事件在推动地球生命进化方面发挥了极其重要的作用。”有了这项新研究，“有趣的是我们可以检测到它，”他补充道。

科学家们利用计算机模型分析了从博物馆标本中收集的 198 种现代鸟类的部分基因组样本，这些样本涵盖了整个鸟类进化枝。结合化石记录中关于某些谱系出现时间的信息，Berv 和他的同事能够重建进化过渡的历史并发现“基因组化石”。

过去类似的分析往往使用基于以下假设的模型：A、T、G 和 G 的比例在整个进化过程中相对稳定，替换只会随机发生。但事实上，T 更有可能变为 C，而不是 A，该研究的共同作者、加州州立大学多明格斯山分校的进化遗传学家 Sonal Singhal 说。她指出，这项新研究采用了一种不同的方法，使用的模型不包括这些标准假设，而是考虑了 DNA 组成中最可能的变化。

利用这个改进的模型，他们在数据集中发现了 17 种不同的、重大的分子组成变化。其中 15 种发生在 K-Pg 灭绝事件后的 500 万年内，12 种与鸟类谱系之间的分化直接相关。“很明显，这些 [DNA] 组成的重大变化发生在很短的时间间隔内，”Berv 说。

随后，科学家使用机器学习模型将观察到的基因组变化与特征联系起来。他们发现体型和亲代照料受到 DNA 变化的强烈影响。研究人员发现，在与大规模灭绝相关的基因变化之后，鸟类体型变小，幼鸟在孵化时成熟度降低，更加依赖亲代照料。窝数和食谷性（即种子）也与观察到的 DNA 变化有显著关联。

大规模小行星撞击事件后的生活非常艰难。康涅狄格州布鲁斯博物馆馆长、古生物学家 Daniel Ksepka 说：“有一天，你习惯了白垩纪阳光明媚、森林美丽、食物充足的美好日子，然后突然间你就身处这片地狱般的环境。”Kspeka 没有参与这项新研究，但之前曾研究过鸟类多样化。他告诉《大众科学》，“这项研究将这些特征变化确定为与灭绝事件有关，这很有意义”，并指出体型和父母照料可能是应对突然变得更加严酷的现实的重要特征。体型较小的鸟类需要的食物和燃料较少，可以依靠更少的能源生存。此前的研究表明，成熟度较低的幼鸟发育和生长速度反常地更快，这也可能是提高几代繁殖成功率的关键。

克塞普卡说，食种子行为的增加是一个特别有趣的发现。白垩纪末期，由于火山灰遮挡了阳光，许多植物死亡或无法生长。但种子至少在几年内仍是一种潜在的食物来源。基因数据中食谷行为的增加支持了现有的理论，即喙鸟之所以能幸存下来并实现多样化，是因为它们能够利用其他鸟类无法利用的资源。

人们早就知道，大规模灭绝为新生物的进化和占据未填补的生态位创造了大量机会。例如，如果 6600 万年前没有小行星撞击，那么哺乳动物的数量可能会少得多。但人们通常很少讨论的是，灭绝机会的残留如何根深蒂固，并从根本上决定了未来数百万年的发展方向。“主要鸟类群体的进化轨迹从那时起就被编码并保持不变，”Berv 说——他的研究表明了这一点。

[相关：所有现存鸟类都有一个“彩虹色”祖先]

然而，新研究仍未解决一些问题。由于他们依赖的是部分基因组，而非完整基因组，Berv 指出，这项研究并未确定希克苏鲁伯陨石撞击可能造成的所有重大基因变化。他希望回过头来在全基因组层面进行类似的分析，但目前他没有足够的计算能力。

而且，遗传建模研究本身也存在误差。化石记录并不完整，而通过 6600 万年前发生的事情来分析当代遗传数据会带来很多不确定性，正如最近范式转变的发现所表明的那样。“这些模型和重建事物的尝试。它们不是上帝的真理，”朗里奇说。虽然他认为这项研究是使用这种新方法的一次引人注目的初步尝试，并提出了鸟类进化可能在 K-Pg 边界发生的假设，但他并不完全相信这是最终结论。科学是一个持续不断的流动过程。朗里奇指出，一项研究并不能将假设作为事实。“我不会用我的生命打赌这个系统发育是正确的。但我敢和你赌一杯啤酒——就像那种信心水平，”他说。“白垩纪的化石我们仍在试图分类。但这是一个非常有趣的第一步。”

随着更多步骤的推进，我们将对遥远的过去有更深入的了解，以及它如何在现在产生影响。有一天，它可能会帮助我们解读未来。“了解生命进化如何与地球历史的重大变化相关联是生物学的一个基本问题，”伯夫说。一些研究表明，一场新的、由人类引起的大规模灭绝已经开始，而鸟类进化可以为我们提供应对后果的路线图。“如果我们想知道生命将如何应对当前和未来的事件——像气候变化这样的重大事件——我们唯一能依靠的资源就是历史。”