《Communications Biology》：Australian birds track climate warming over decades via shifts in bill morphology
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全球變暖背景下，物種形態的適應性變化備受關注。研究人員針對澳大利亞 57 種雀形目鳥類（Meliphagides），探究鳥類喙大小與季節性氣候極端變化的關聯。結果發現鳥類喙大小隨氣候變暖而改變，這為理解物種應對氣候變化的機制提供關鍵依據。
在全球氣候變暖的大背景下，生物如何應對氣候變化成為科學界關注的焦點。大量研究表明，生物對當代氣候變化有所響應，像調整繁殖、遷徙時間（物候變化），改變地理分布范圍等。在動物形態方面，與熱性能相關的特征也出現了變化。不過，雖然有很多研究將生物響應與氣候聯系起來，但對于潛在機制以及與自然選擇的關聯，卻知之甚少。這使得預測生物多樣性對持續氣候變化的響應變得困難，也不利于制定和調整保護措施。
鳥類的喙在熱調節中有著重要作用，它不僅是覓食的工具，還能在高溫時增加血液流動，通過輻射散熱；低溫時，血管收縮減少熱量散失。以往研究多聚焦于氣候平均值與喙大小的關系，卻忽視了氣候極端變化以及喙大小響應的非線性特征，而且形態學采樣有限，難以推斷潛在熱調節機制。同時，直接證明喙大小隨時間（而非空間）發生與氣候相關變化的證據也很稀缺。
為了解開這些謎團，澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）環境部、澳大利亞國立大學等機構的研究人員展開了深入研究。他們的研究成果發表在《Communications Biology》上，為理解鳥類如何應對氣候變化提供了關鍵證據。
研究人員采用了多種關鍵技術方法。在數據收集上，從博物館獲取 4119 份 1956 - 2015 年捕獲的鳥類標本數據，測量喙長、寬、深并計算喙表面積，用翼長代表體型大小，同時獲取性別、捕獲信息、食性等數據。氣候數據則來自澳大利亞氣象局 5km2 分辨率的每日網格化數據，計算極端溫度天數變化率等指標。非氣候環境數據利用 LUH2 土地利用地圖獲取土地覆蓋信息。分析時，運用系統發育控制的廣義線性混合模型（使用 MCMCglmm 軟件包在 R 語言中實現），控制多種因素，選擇最優模型進行分析。
研究結果
- 氣候與景觀變化：通過分析標本捕獲地的氣候數據，研究人員發現，超半數個體經歷了夏季極端高溫天數增加（53.6%），三分之二個體經歷了冬季極端低溫天數減少（67.6%），約 87% 的地區原生植被覆蓋減少。這表明澳大利亞的氣候在過去 20 年發生了明顯變化，且景觀也受到了人類活動的顯著影響。
- 喙大小與夏季變暖：運用系統發育控制的廣義線性混合模型（MCMCglmm）分析發現，夏季極端模型中，Δdays≥35°C 與夏季降水的交互作用顯著。在降水 < 120mm 的干燥環境中，夏季變暖與較大的喙相關，因為在這種環境下，蒸發冷卻受限，通過喙進行非蒸發輻射散熱的優勢更明顯。Δdays≥35°C 與夏季最高溫（Tmax）的交互作用也接近顯著，在Tmax<28°C 的涼爽環境中，夏季變暖與較大的喙相關；而在Tmax較高的炎熱環境中，夏季變暖則與較小的喙相關，這可能是因為在高溫環境下，大喙會吸收過多熱量，反而不利于生存。此外，原生土地覆蓋變化（Δprimary land cover）以及食性（feeding guild）與氣候變量的交互作用對喙大小均無顯著影響。
- 喙大小與冬季變暖：在冬季極端模型中，雖然包含 Δdays<5°C 及其與冬季最低溫（Tmin）、冬季降水和 Δprimary cover 交互作用的模型（m4）AICc 值最低，但與不包含 Δprimary cover 的模型（m2）相比，優勢并不明顯，說明景觀變化對喙大小變化的驅動作用較弱。不過，冬季變暖（極端低溫天數減少）的地區，喙有增大的趨勢，且這種趨勢在原生土地覆蓋減少較多的地區更明顯。喙大小還與Tmin相關，Tmin越高，喙越大。
研究結論與討論
研究表明，過去 20 年澳大利亞氣候快速變暖，夏季和冬季極端氣候頻率變化與鳥類喙大小變化相關，這符合喙在熱交換和熱調節中的作用。雖然景觀變化在一定程度上影響喙大小，但并非主要驅動因素。不同食性（花蜜食性和昆蟲食性）的鳥類對氣候變化的響應沒有差異，可能是因為花蜜食性鳥類的部分遷徙行為使其能避開極端溫度，減弱了對喙形態的選擇壓力。
該研究在多物種、大地理區域范圍內，提供了氣候變化驅動鳥類喙大小隨時間變化的證據，這與熱調節需求的變化一致。喙大小的響應程度和方向因地區氣候特征而異，且在特定溫度閾值下會發生逆轉，這些都符合熱調節預測。研究還指出，隨著季節性氣候極端事件愈發頻繁、強烈和持久，與熱交換和熱調節相關的形態特征變化可能會更加顯著。這一研究成果對于理解鳥類在氣候變化下的生存策略具有重要意義，也為未來研究物種如何適應氣候變化提供了關鍵參考，后續研究可進一步探究這些變化對物種生存和繁衍的長期影響。
