鸟喙的秘密

2016-11-10翻译：Crazybirdy

鸟喙形状和大小的多样性注释：51和52不是鸟类的喙

正如大家所知鸟喙的形状和大小有着惊人的多样性，用以适应取食不同的食物。但最近AUK杂志（美国鸟类学者协会的鸟类学进展杂志）中一项新的研究揭示，鸟喙有着比我们眼睛所看到更为复杂的结构，这些结构帮助它们适应炎热的气候。

      托哥巨嘴鸟是巨嘴鸟中体型最大的，比起其他所有的鸟它具有相对于自身体型更大的鸟喙，传统观点错误的认为鸟喙是一个“死结构”，从下图看来确实似乎是这样的。

图片来源：R.Owen in Gould (1834)托哥巨嘴鸟头颅及鸟喙横切面

       然而，实际上鸟喙中的鼻甲结构复杂，能够调节吸入空气的温度并且回收利用呼出气体中的水汽。北卡罗莱纳大学生物学家雷蒙德·丹纳（Raymond Danner）副教授和来自于康奈尔大学及国家博物馆的同事们使用微型增强CT设备，扫描了两只歌带鹀（Song Sparrow）的鸟喙内部，一只来源于温暖干燥的沙丘，另一只则来源于远离内陆的湿润生境。他们比较了生存在不同环境湿度梯度下鸟喙中鼻甲结构复杂性的变化，结果发现生活在沙丘地区的歌带鹀有着比起生活在内陆的歌带鹀更大的鼻甲表面积并且距离喙部更远。

       由于鸟类是恒温动物，因此其能够维持相对稳定的体温，而鸟喙在维持体温中扮演着重要的角色，由于鸟喙高度血管化能够增加其与环境之间的热传导。这种热传导可能会影响鸟类热应力，即在炎热高温的环境下减少水分的散失，或是在低温环境下保持热能的供应。鸟类能够储存热量，热储率增加使得体温上升，鸟体与空气的温差增加，从鸟体散失到其环境的热量也相应增加。相反，如果环境温度比鸟体高，鸟从环境中得到热量，在沙丘环境中，沙和空气的温度可能超过鸟的体温。这种情况下，热储存使体温身高，鸟类和其环境的温差缩小，从而从环境得到的热量减少。因此假设沙丘地区的歌带鹀增大鼻甲表面积用以增强热传导，使得自身的热储能增加，同时鼻甲距离喙部更远使得水分不易蒸发，鼻甲有助于回收利用呼出气体中的水汽。

不同物种相对的鸟喙大小（标准化体重）与其栖息地环境最低温度成正相关。

注意托哥巨嘴鸟鸟喙比例悬殊

      因此，在众多的类群中，不论是种间还是种内，均有证据证明鸟喙的大小与环境温度之间存在正比关系。

       上面的热成像图像中，南美洲的托哥巨嘴鸟正在通过鸟喙进行热传导，将身体的热量通过喙散发到空气中，嘴喙温度最高的部位近约40摄氏度，其通过加速喙中血液的流动来调节体温，在温度较低时，环境温度与鸟喙温度的差异则较小。巨大的喙相对于其身体比例，理论上能够调控5%-100%的身体热能。是已知的鸟类物种中最有效的调节体温的鸟喙，当其飞行时能传导相当于静止时4倍的身体热量。

图片来源：《羽的奇迹》运动时拖哥巨嘴鸟鸟喙显示出比静止时更高的温度

       Danner和他的同事使用了一些采集于特拉华州（美国东部）和哥伦比亚特区的歌带鹀标本，并将其保存在乙醇和碘酒中，使得软组织能够在CT扫描时显示出来。他们使用微型增强CT设备来观察歌带鹀的整个头颅及喙部，这是一个相对较新的技术，让研究人员首次看到这些柔软的软骨结构的细节。

    “我们一直在研究的鸟喙热传导的功能，其外表面作为鸟类热量流失的重要部位用以适应当地气候，一开始我们对体温调节功能发生在鸟喙感到疑惑”Danner说。“我记得第一次我们整个团队聚在一起，挤在一台电脑前，对我们第一次扫描的结果感到惊讶。高清晰影像显示许多我们鸟类学家从未见过或想到的细微结构，大家立即被吸引住了，目不转睛地盯着上鼻甲的优美构型和中鼻甲整齐螺旋的排列。”

图片来源：生命科学（Live science）扫描鸟喙内部构造（蓝色圆圈）

     “这项研究引人注意的亮点是鸣禽具有结构复杂的上鼻甲。这种复杂性由于大多数鸟类标本的采集和保存方式往往被忽视了，” 研究员Jason Bourke说，他来自于北卡罗莱纳自然科学博物馆，并没有参与这项研究。“由于微型增强CT设备新技术的直接使用，我们现在能够欣赏鸟类结构如此复杂的鼻甲。”

参考文献：Raymond M. Danner, Eric R. Gulson-Castillo, Helen F. James, Sarah A. Dzielski, David C. Frank III, Eric T. Sibbald, and David W. Winkler (2016) Habitat-specific divergence of air conditioning structures in bird bills. The Auk, 134 (1): 65-75.

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