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达尔文都没弄明白的奥秘，就在这张大嘴里

李子

达尔文都没弄明白的奥秘，就在这张大嘴里

原创：李子物种日历

又是一个平凡的加拉帕戈斯清晨。在伊莎贝拉岛东北干燥的海岸边，一只差不多人类手掌大的灰黑色小鸟，正在布满草和地衣的岩石上，跳来跳去地寻找它一天的食物。

你瞅啥？图片：pbase.com

大嘴地雀和它的表亲们

大嘴地雀的样子是有些奇怪的萌感。它有着圆鼓鼓的身子，灰黑色的羽毛，不足半个乒乓球大小的头上，有着最引人注目的、大大的、“粗壮”的喙。

大嘴地雀主要在地上活动觅食（当然也会在树上活动以及飞啦，筑巢的地方也一般在一米高左右的仙人掌上），有着与身体不成比例的大嘴。学名 Geospiza magnirostris，属名“Geo-”是拉丁语里“地”的词根（比如地理Geography），而词根“magni-”则是“大”的意思（比如magnify，放大之意）。

“大嘴鸟”。图片：Peter Wilton / flickr

那我们就好奇了，既然它“大”，还有别的“小”亲戚吗？

还真有。而且，每次我们提到大嘴地雀的时候，就不得不提到它的亲戚们。在加拉帕戈斯群岛和邻近的可可斯岛上，一共分布有15种这样的鸟，体型相似（虽然大小有些微差别），它们共属一科，分三属，有在地上蹦蹦跳跳的地雀（分别叫大仙人掌、尖嘴、中、小、大嘴、仙人掌地雀），有在树上活动的树雀（大、中、小、䴕形、红树林树雀），还有属于莺雀的绿莺雀、灰莺雀和单为一属的植食树雀和可可斯雀。

这么多鸟，乍看下来和报菜名没太大区别，但是它们之间的差异却十分有趣。这十几种鸟，最大的区别其实是它们的喙——有小而尖的，有大而圆的，有的带勾，有的粗短……

是的，它们区别最大的地方，在嘴。图片：ufl.edu

这跟它们生活的环境十分有关。大嘴地雀结实的大嘴，能帮它们敲碎坚硬的坚果壳。它们活动在加拉帕戈斯群岛中相对干旱的地方，食物相对缺乏，能吃别人不能下嘴的东西，毫无疑问是一个大优势。

它的表亲们，比如大仙人掌地雀，则栖息在有仙人掌的地方。大仙人掌地雀的喙较小一些，也能吃坚果，不过仙人掌的花和果更受它的青睐。而小地雀则在较为湿润的灌木和树丛地带生活，吃小种子和昆虫，喙也要小得多。它还帮加拉帕戈斯的鬣蜥清理皮肤碎屑，小巧的喙像小梳子一样灵活。

小地雀的喙，就完全是另外一种画风。图片：Charles J Sharp

不同的环境，不同的食物源，造就了它们不同的特色，然后占据住环境中不同的生态位。有的岛上，有既吃坚果也吃虫子的鸟，一个生态位里的竞争——比如都吃坚果的话——有优势的大嘴就会胜出，所谓的“自然选择”。这个在我们现在看来十分平常的现象，在它们被发现的时候，却是一件挑战人们常理的事情。

这也是为什么，大嘴地雀在内的加拉帕戈斯群岛的小鸟们，都有一个共同的名字——达尔文雀（Darwin’s finches）。

达尔文和演化论的渊源，要从他搭上远征加拉帕戈斯群岛的“小猎犬号”（HMS Beagle）开始。

孕育演化论的地方

在赤道附近、南美洲厄瓜多尔以西1000多公里的太平洋上，星罗棋布地缀着一片由火山喷发造就的小岛。热带的阳光在这里炙烤，地热火山在这里活跃，来自高纬度地区的秘鲁寒流在这里拐了弯，冷热交汇的地带，孕育出了极为奇妙、又十分多变的地理环境。

在加拉帕戈斯群岛上，你可以发现以此地命名的企鹅（也是唯一生活在热带的企鹅），近海大量的鱼类引来了数量众多的海鸟，还有追逐鬣蜥的蛇和巨大的象龟……这里极少有人烟，直到1532年才有人的足迹踏入，可谓是生物的天堂。

加拉帕戈斯一角。图片：Diego Delso / wikimedia

当“小猎犬号”载着达尔文一行人登陆的时候，达尔文最初关注的是地质学。回到英国后，著名鸟类学家约翰·古尔德的鉴定，让他意识到这里的物种多样性。他的第一反应，并不是赞叹主的造物之神奇，而是发问——为什么？

这个常年与大陆隔绝的火山岛，拥有与大陆物种相联系但又迥然不同的物种。不同的岛屿之间、不同的地理环境，使每个岛屿之间的动植物品种也各不相同。

“加拉帕戈斯群岛上的生物分布，如果是一个岛上有一个属而另一个岛上是别的很不同的属，那就不足为奇了……而正是目前这种状况：数个岛屿各有自己特殊的陆龟、鸫鸟、金翅雀与无数的植物，这些不同的动物或植物都有共同的生活属性，有类似的生活环境，这才使我震惊。”在《乘小猎犬号环球航行》再版时，达尔文这样写道。

达尔文当然也发现了这种毫不怕人的小鸟：“有时，我拿帽子就能罩住它们。”

中地雀，喙的大小介于大嘴地雀和小嘴地雀之间。图片：smugmug.com

不知从大陆何处偶然飞来的达尔文雀们在这里繁衍生息，恰好在不同的位置，得到合适的食物？不，没有这么简单。隔离，意味着不同，而为什么隔离造成了不同呢？

一只地雀的祖先偶然飞到了这个火山岛上。然后会发生什么？它的基因会偶尔产生变异，让它的喙变大或变小。然后，这里的自然环境又选择了那些能够得到足够食物的，或者能够找到别人不吃的食物的鸟。在干旱的岛上，大嘴的那一只吃到了坚果，活了下来，找到了它的伴侣，把基因复制给后代。

然后呢？然后，就是岛屿。岛屿太重要了，如果没有岛屿，就没有加拉帕戈斯群岛如此丰富的物种多样性。不同岛屿上的鸟，被海隔开了，它们得以将自己适应环境的、对生存有利的差异通过遗传积累下来。大嘴地雀的嘴变得更大、更显著，在贫瘠的岩地上也能愉快地生存。

图片：imgur

加拉帕戈斯群岛才是研究演化的天堂。所以达尔文才会发现：“由外边引进了一个物种，然后这个物种为了各种不同的目的，发生了变异。”这是解开演化的钥匙。

眼皮底下的演化

其实，一开始达尔文对这些小鸟不太重视。在五周的停留时间里，他和同伴游历了伊莎贝拉岛、圣萨尔瓦多岛、圣克里斯托巴尔岛和圣玛丽亚岛，其间共采集了近70号达尔文雀标本。他采集的这些标本随后被送到了鸟类学家约翰·古尔德（John Gould）手中。古尔德很快便得出结论，加拉帕戈斯群岛采集到的雀类标本实际上分属13个新种，尽管喙的形状差别很大，但这些鸟彼此之间具有很近的亲缘关系。

实际上，确定这些鸟儿“达尔文”之名的，是另外一个鸟类学家——大卫·拉克（David Lack）。拉克在加拉帕戈斯群岛呆了五个月之久，研究不同种达尔文雀的繁殖和觅食行为；后来又跑遍了世界上各地的博物馆和大学，找到了六千多个达尔文雀的标本，测量它们的喙和身形。

伦敦自然历史博物馆里收藏的达尔文雀标本，标签上写着“采集者：C.达尔文”。图片：nhm.ac.uk

1947年，拉克的书《达尔文雀》面世。这本书清晰地解释了当时已知的14个种是怎么演化出形式各异的喙的。以地雀为例，在同时有大、中、小地雀的岛上，3种鸟喙的大小都不重叠，对应着取食大小不同的种子；而只有中地雀和小地雀的岛上，它们喙的大小，却介于两种的正常值之间，这是因为这些地方只有一种食种子的地雀，在缺乏竞争者时，物种会拓展实际的生态位。拉克之后，“地理隔离”和“生态位分化”成为了演化的常识。

关于达尔文雀的研究，并没有就此停止。演化的力量有时候是十分惊人的，甚至可以在你的眼皮子下发生。

1977年，一场始料未及的严重干旱降临到大达夫尼岛，由于食物匮乏，1976年研究人员标记的388只中地雀幼鸟里，竟然仅有1只活到了1978年的繁殖季。然而，这一切都被在岛上进行演化研究的格兰特夫妇（Grant）看在眼里。当干旱造成食物短缺时，较小也较软的种子最先被消耗光，导致那些没法取食较大较硬种子的个体被饿死。由于喙型是可遗传的，幸存下来的地雀就会将帮助它们熬过干旱的特征传给下一代。测量数据表明，到了1979年中，地雀喙的厚度确实增加了！另一次发生在2003-04年的干旱，更是让研究者见证了一个新种的诞生。

这只雄性中地雀腿上的环志，是鸟类学家标记个体的常用手段。图片：princeton.edu

基因时代的研究，则将一切揭示得更加清楚了。研究人员比对了不同鸟类种群中大嘴与小嘴鸟的基因组，发现有一个基因组的位点一致地显示出极强的信号——HMGA2基因。它和人类的颅部发育、牙齿萌出有关，也很可能是引起鸟喙大小发生改变的基因。而地雀们，正是依靠其种群内在这个基因上大量的自然变异，才能够应对不同的环境变化。

“生命以此观之，何其壮哉，最初生命的几丝力量被吹入了几种（或一种）生命的形态之中；同时这颗行星依照固有的万有引力运转不停，从这样一个简单的开端，演化出了无穷无尽的，最美丽和最奇异的生命形式，并且这一过程仍在继续。”

达尔文在《物种起源》中这么说。

在那遥远的加拉帕戈斯群岛上，一群小小鸟儿的可爱大嘴上，藏着自然的奥秘。它如此引人入胜，又让人赞叹生命的奇妙。这是一个永恒的事业。我们还有多少事情不知道，又要花多少时间才能真正明白这个自然的奥秘呢？

本文来自物种日历作者@李子。

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