2015年9月4日

崖燕為躲過車禍的演化

作者/許家偉(輔仁大學生物系畢業、陽明大學微免所博士;曾任職加州大學洛杉磯分校(UCLA)微免暨分子遺傳系、南加大(USC) 分子藥理學系;現任職於生物科技公司,負責產品研發)

每年在美國有8千萬隻雀鳥被車輛撞死,在歐洲各國每年也有35萬至2000萬不等的雀鳥命喪車禍。既然這是「鳥」命關天的事,演化的機制——自然選擇(natural selection)——是否會青睞那些擁有躲過車禍(不被車輛撞到)能力的雀鳥呢?
崖燕體長約15公分,展翅後闊28~30公分。
(Don DeBold, https://goo.gl/PMgiyR)

美國奧克拉荷馬州塔爾薩大學(University of Tulsa)生物科學系的布朗博士(Charles R. Brown)30多年來在內布拉斯加州(Nebraska)西南平原研究崖燕(cliff swallows,學名Petrochelidon pyrrhonota)的社會行為。由於當地的平原地貌缺乏懸崖峭壁,崖燕只好在高速公路或鐵路的高架橋底築巢。布朗每天要開車巡視40個不同的崖燕聚居地點去收集崖燕棲息的數據,但有時候他會發現路旁遺留著被汽車撞死的崖燕屍體,他就停下來「撿屍」,由於很多鳥屍的驅體外觀都很完整,他就本著別浪費的心態,將它們製成標本,並且登錄保存。

布朗察覺到,從1982~2012年這30年裡,在城裡築巢的崖燕數目越來越多,但那些橫死在路旁的崖燕卻越來越少,他想知道:是否崖燕對於馬路上車輛橫衝直撞的環境發展出適應性呢?(換一個白話一點的問法就是:崖燕是否已演化出閃避車輛的能力?)

在他排除兀鷹之類的動物吃掉屍體以及車輛流量改變這些因素後,決定將那些被車撞死的標本跟那些在鳥巢中自然死亡的崖燕拿來比較一番,布朗發現兩者只有一個差別——翅膀的長度。被車撞死的崖燕有比較長的翅膀(最多集中在109~110毫米長),但在鳥巢裡自然死亡的崖燕,其翅膀的大小則出現隨機的狀況。經仔細比對以及統計分析後,他計算出在這30年當中,內布拉斯加崖燕族群的翅膀長度呈下降的趨勢(30年內崖燕翅膀的長度平均值從111毫米下降至107毫米,少了4毫米),但被車撞死的崖燕,其翅膀長度則是續年上升(30年內從108毫米上升至最長111~112毫米,平均多了約4毫米)。

綜合起來,布朗博士的研究證明在內布拉斯加的公路環境下,自然選擇傾向保留較短肢膀的崖燕,因為短肢膀的崖燕有能力避過車子的碰撞,這是由於長的肢膀呈現較低的翼載荷(wing loading)能力,使飛行中的雀鳥不容易做出垂直抬起的動作去避開行駛中的車輛。對於這個演變,在馬路上穿梭的車輛就是這個現象背後的選擇壓力(selective pressure),使得那些能避過車輛的崖燕能夠存活下來,再經繁衍將短翅膀這個具生存優勢的特質遺傳下去。
築在公路橋底的飛燕鳥巢。
(Wiki by NJR ZA, https://goo.gl/D16iX5)

對於演化生物學的研究,人們一直以為只有在「微生物」或「昆蟲」這些生命週期短的物種上,才有可能在數年內見證到演化的效果,但布朗博士這項研究告訴我們:如果我們夠細心、有恆心,再加上生物統計學學得好,是可以在有生之年親眼目賭一個「動物」的演化績效。

延伸閱讀
1. Brown, C. R. and Brown, M. B., Where has all the road kill gone?, Current Biology, Vol. 23:233-234, 2013.
2. 許家偉,〈可伸展的病毒基因組〉,《科學月刊》44卷第5期371-372頁,2013年。
3. 許家偉,〈蟋蟀好聲音〉,《科學月刊》46卷第3期222-225頁,2015年。

1 則留言:

匿名 提到...

一年8千萬, 平均一天20多萬, 嚇人的數據!