Science Focus ( Issue 21)

當提到鳥類時，我們經常會聯想到 那些帶著強而有力的翅膀遨遊天際的 生物。一些科學家認為所有現存鳥類的 最後共同祖先都可以飛行 [1]，但許多 鳥類物種在進化過程中已經失去了這種 能力。企鵝、鴯鶓、鴕鳥和某些種類的 鴨子都失去了飛行能力。飛行帶來的好 處人所共知 — 能作長距離移動和逃離 捕食者使飛行成為一項寶貴的技能。那 為什麼這些鳥類在進化中失去飛行能 力呢？牠們從不飛行中得到了什麼呢？ 為什麼牠們還有翅膀呢？我們將以企鵝 為例回答這些問題。 企鵝放棄飛行的一個簡單原因是飛 行的高能量成本。曾有研究分析過現存兩種既能飛行又能潛 水的鳥類，發現翅膀很難同時迎合飛行和潛水 [2]。對於以 翼推進的潛水，鳥類需要較大的體型和短而扁平、骨骼密度 高的翅膀。然而，對於飛行，牠們需要較小的身體和較大的 翅膀才能飛離地面。由於這些特徵彼此相反，如果一隻鳥透 過用翅膀在水中推進以尋找食物，牠的翅膀並不太可能同時 適合飛行，因為這會導致高昂的能量成本。 企鵝不會飛的另一方面與生態有關。根據基因分析，企 鵝現存最密切的近親是鸌形目（Procellariiformes）的鳥類， 當中所有成員都懂得飛行（註一）。這兩組鳥類的分化被認 為發生在大約 6600 萬年前的白堊紀末期 [3]，當時一顆小 行星毀滅了地球上四分之三的動植物物種，包括許多海洋捕 食者 [4, 5]，打開了海洋裡的生態位。在沒有大型海洋動物 的情況下，企鵝的祖先不再需要避開海洋裡的捕食者，加上 不用與其他物種爭奪海洋裡的食物，也就再沒有必要長途跋 涉去覓食。突然間，潛水變得比飛行更符合成本效益，它消 耗更少能量並能提供更多食物。 企鵝祖先開始水中生活後，牠們迅速進化並散佈到南半 球各地。企鵝的祖先進化出不同特徵來適應水中生活​，包括 密度更高的骨骼和更短的翅膀方便潛水​，還有能夠擋風和防 水的羽毛，以及黑色的背面和白色的正面令牠們在海中游泳 時，從下方和上方觀察都有完美的保護色 [6]。此外，由於牠 們不再需要飛行，並且可以更便利地獲得食物，牠們將所有 額外能量用於增大體形。現存最大的企鵝是帝王企鵝，身高 達 1.1 米，體重達 40 公斤 [7]；相比之下，同時可以飛行和 以翼推進來潛水的鳥類體重只有一公斤 [2]。儘管如此，現 存企鵝的體型與一些已滅絕的近親相比的話仍然相形見絀。 化石記錄顯示，已滅絕的古冠企鵝屬（Palaeeudyptes）中 的成員身高可達 2 米以上，體重則達 115 公斤 [8]，而另一 種已滅絕的巨型企鵝 — 劍喙企鵝屬（Anthropornis）的成 員則高約 1.8 米 [9]。 可是，這些巨型企鵝隨著其他大型海洋動物（如齒鯨和 海豹）的出現而滅絕 [10]。雖然沒有直接化石記錄證明大型 企鵝曾與這些大型海洋動物爭奪食物，但巨型企鵝的興衰很 可能與海洋生態系統密切相關。 經過數千萬年的進化，企鵝變成了不會飛的海鳥，但卻 擁有一雙為潛水而設的翅膀。改變翅膀用途的故事並不只是 發生在企鵝身上：鴕鳥用牠們的翅膀在奔跑時保持平衡和 改變方向 [11]，鴯鶓則在炎熱的天氣下張開翅膀降溫 [12]。 進化並不一定會帶來新的身體特徵和行為，反而是使身 體適應特定環境。有時，喪失一種能力所帶來的好處可能多 於傷害。 1 鸌形目中的一個知名例子是信天翁（信天翁科）。 References 參考資料： [1] “All Birds Descend from One Feathered Founder.” [Online]. Available: https://www.seeker.com/all-birds- descend-from-one-feathered-founder-1770601377.html . [Accessed: 30-Jul-2021]. [2] K. H. Elliott, R. E. Ricklefs, A. J. Gaston, S. A. Hatch, J. R. Speakman, and G. K. Davoren, “High flight costs, but low dive costs, in auks support the biomechanical hypothesis for flightlessness in penguins,” PNAS , vol. 110, no. 23, pp. 9380–9384, Jun. 2013. [3] E. D. Jarvis, et al. , “Whole-genome analyses resolve early branches in the tree of life of modern birds,” Science , vol. 346, no. 6215, pp. 1320–1331, Dec. 2014. [4] P. R. Renne, et al. , “Time scales of critical events around the cretaceous-paleogene boundary,” Science, vol. 339, no. 6120, pp. 684–687, Feb. 2013. [5] A. R. Hildebrand, et al., “Chicxulub Crater: A possible Cretaceous/Tertiary boundary impact crater on the Yucatán Peninsula, Mexico,” Geology , vol. 19, no. 9, pp. 869-871, Sep. 1991. [6] “All About Penguins - Adaptations | SeaWorld Parks & Entertainment.” [Online]. Available: https://seaworld.org/ animals/all-about/penguins/adaptations/ . [Accessed: 27- Jul-2021]. [7] “Emperor Penguin | National Geographic.” [Online]. Available: https://www.nationalgeographic.com/ animals/birds/facts/emperor-penguin. [Accessed: 27-Jul- 2021]. [8] “Trending science: The giant prehistoric penguin | News | CORDIS | European Commission.” [Online]. Available: https://cordis.europa.eu/article/id/115419-trending- science-the-giant-prehistoric-penguin . [Accessed: 27-Jul- 2021]. [9] A. Myrcha, et al. , “Taxonomic revision of Eocene Antarctic penguins based on tarsometatarsal morphology,” Polish Polar Research , vol. 23, no. 1, pp. 5–46, 2002. [10] “‘Human-sized penguin’ lived in New Zealand - BBC News.” [Online]. Available: https://www.bbc.com/news/ world-asia-49340715 . [Accessed: 27-Jul-2021]. [11] “Ostrich | San Diego Zoo Animals & Plants.” [Online]. Available: https://animals.sandiegozoo.org/animals/ ostrich . [Accessed: 27-Jul-2021]. [12] “Emu Facts for Kids • Fun Facts About Emus for Children.” [Online]. Available: https://www.folly-farm.co.uk/zoo/ meet-the-zoo-animals/emu/. [Accessed: 27-Jul-2021]. 3