鳥(niǎo)類(lèi)遷徙，是大自然最有趣的現(xiàn)象之一。唐代詩(shī)人李商隱就曾寫(xiě)下“初聞?wù)餮阋褵o(wú)蟬，百尺樓高水接天”的詩(shī)句來(lái)描述大雁南飛的故事。大雁春到北方，秋到南方，不懼遠(yuǎn)行，故稱(chēng)征雁。

其實(shí)不止大雁，很多鳥(niǎo)類(lèi)都有遷徙行為。據(jù)估計(jì)，全球現(xiàn)存1萬(wàn)多種鳥(niǎo)類(lèi)當(dāng)中大約1/5為候鳥(niǎo)，每年有數(shù)十億只候鳥(niǎo)在春天到來(lái)的時(shí)候會(huì)返回到北極進(jìn)行繁殖，仿佛是一種回家的承諾。

然而，鳥(niǎo)類(lèi)具體的遷徙路線(xiàn)是什么樣的？又有什么因素會(huì)影響到鳥(niǎo)類(lèi)遷徙路線(xiàn)的變遷？一直是學(xué)界廣泛關(guān)注的重要科學(xué)問(wèn)題

中國(guó)科學(xué)家“繪”出游隼遷徙路線(xiàn)圖

游隼，是一個(gè)善于遷徙的物種。在現(xiàn)代鳥(niǎo)類(lèi)分類(lèi)學(xué)中，游隼（Falco peregrinus）屬于隼形目（Falconiformes）隼科（Falconidae）隼屬（Falco），是位于食物鏈頂端的猛禽。

游隼（圖片來(lái)源：HBW Macaulay Library）

作為世界上飛行速度最快的動(dòng)物之一，游隼的最高俯沖速度接近390 km/h。英國(guó)作家J.A.貝克曾在《游隼》一書(shū)中動(dòng)情地寫(xiě)道“目睹一只游隼俯沖的那份激動(dòng)，是無(wú)法用數(shù)據(jù)準(zhǔn)確描述的”。這一描述準(zhǔn)確無(wú)比，俯沖的游隼就像一枚疾速飛行的東風(fēng)導(dǎo)彈一樣，精準(zhǔn)而迅猛地從長(zhǎng)空劃過(guò)，讓人激動(dòng)不已。

游隼飛行俯沖路線(xiàn) （圖片來(lái)源：Gowree et al., 2018）

游隼的適應(yīng)能力非常強(qiáng)，19個(gè)亞種廣泛分布在除南極洲之外的全球六大洲。不同地區(qū)的游隼，在形態(tài)和行為等方面也不盡相同：生活在高緯度地區(qū)的游隼，體型稍大，雙翼尖而長(zhǎng)，為遷徙種群。

近日，中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所詹祥江實(shí)驗(yàn)室通過(guò)整合多年鳥(niǎo)類(lèi)衛(wèi)星追蹤數(shù)據(jù)和種群基因組信息，建立了一套遷徙系統(tǒng)，揭開(kāi)了北極游隼遷徙的秘密，相關(guān)研究成果于北京時(shí)間3月11日以封面文章發(fā)表于《自然》雜志。

Nature 期刊封面

那么游隼的遷徙路線(xiàn)到底是什么樣的？為了回答這個(gè)問(wèn)題，我們先來(lái)了解一下關(guān)于鳥(niǎo)類(lèi)運(yùn)動(dòng)追蹤方法的歷史。

早在春秋時(shí)期，人類(lèi)就開(kāi)始關(guān)心鳥(niǎo)兒遷徙怎么飛了

在早期年代，研究鳥(niǎo)類(lèi)遷徙是讓人非常頭疼的一項(xiàng)工作，因?yàn)轼B(niǎo)類(lèi)遷徙的范圍通?？缍却螅ㄖ揠H范圍）、時(shí)間長(zhǎng)（多年往返）。最早被應(yīng)用于鳥(niǎo)類(lèi)追蹤的技術(shù)是鳥(niǎo)類(lèi)環(huán)志。通常的方式是，每年在繁殖地給出生的幼鳥(niǎo)佩戴腳環(huán)，后期通過(guò)“回收-報(bào)告”來(lái)記錄鳥(niǎo)類(lèi)的“再次被目擊”位置。

這種追蹤技術(shù)的原理最早起源于一個(gè)德國(guó)小鎮(zhèn)。1822年，一個(gè)德國(guó)克呂茨鎮(zhèn)的村民發(fā)現(xiàn)了一只身上中箭的白鸛，但是這種箭只在非洲某部落才有，為什么會(huì)出現(xiàn)在德國(guó)？

原來(lái)，歐洲的白鸛在冬天遷往非洲過(guò)冬，被箭射中后，仍然飛回了歐洲（難以想象，為了長(zhǎng)途跋涉回家，這些白鸛竟然在中箭之后，帶著冷兵器飛行了上千公里）。

后來(lái)，這些白鸛被稱(chēng)為Pfeilstorch，在德語(yǔ)中意為“arrow stork”，第一只具有象征意義的Pfeilstorch也被制作成標(biāo)本，保存在德國(guó)羅斯托克大學(xué)。

箭矢鸛及白鸛遷徙路線(xiàn)（圖片來(lái)源：Zoologische Sammlung der Universitai Rostock）

在我國(guó)歷史上，其實(shí)早在春秋時(shí)期（公元前770-公元前476年），在孔子圣跡圖里就有一個(gè)類(lèi)似的故事：楛矢貫隼。

當(dāng)時(shí)一只隼中箭后落到陳閔公的庭院里，所中之箭是一支楛木箭，箭頭用尖石做成，箭長(zhǎng)一尺八寸長(zhǎng)，上面刻著不易辨認(rèn)的文字。于是陳閔公派人去問(wèn)孔子，孔子說(shuō)：“隼來(lái)遠(yuǎn)矣，此肅慎之矢也。昔武王克商，分陳以肅慎之矢”，大意是這只隼來(lái)自遠(yuǎn)方，所中的箭產(chǎn)自肅慎（東北地區(qū)）。從前武王伐紂，分賜給陳侯這種肅慎進(jìn)貢來(lái)的箭。陳閔公便派人去府庫(kù)，果真找到了這種箭。這個(gè)故事與1822年德國(guó)的Pfeilstorch異曲同工，但是卻把關(guān)于鳥(niǎo)類(lèi)追蹤的歷史往前推了2300多年。

孔子圣跡圖：楛矢貫隼（圖片來(lái)源：百度圖庫(kù)）

盡管這些研究手段對(duì)于了解鳥(niǎo)類(lèi)遷徙路線(xiàn)有些效果，卻只能粗略得到鳥(niǎo)類(lèi)遷徙的起點(diǎn)和某些節(jié)點(diǎn)，無(wú)法準(zhǔn)確全面地刻畫(huà)鳥(niǎo)類(lèi)遷徙路線(xiàn)。始于上世紀(jì)80年代的衛(wèi)星追蹤技術(shù)，如今被更多的用于鳥(niǎo)類(lèi)遷徙研究。

為了了解游隼的遷徙之路，研究人員為北極游隼佩戴了衛(wèi)星追蹤器。在北極地區(qū)進(jìn)行鳥(niǎo)類(lèi)衛(wèi)星追蹤，是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的野外工作。因?yàn)楸睒O地區(qū)大部分為無(wú)人區(qū)，很多地方只能通過(guò)車(chē)、船、徒步相結(jié)合的方式進(jìn)入。并且夏季可利用時(shí)間非常短，研究人員每年只能進(jìn)入一個(gè)地區(qū)進(jìn)行野外工作。最終，研究人員歷時(shí)六年在北極圈的六個(gè)地區(qū)（科拉半島、科爾古耶夫島、亞馬爾半島、泰梅爾半島、勒拿河、科雷馬河）為56只游隼成功佩戴了衛(wèi)星追蹤器。

野外工作人員在勒拿河三角洲

（圖片來(lái)源：Andrew Dixon）

天空廣闊，游隼如何挑選遷徙路線(xiàn)？

游隼每年9-10月份左右會(huì)遷往南方過(guò)冬，到第二年大約4-5月份再返回北極繁殖。

衛(wèi)星追蹤分析發(fā)現(xiàn)，這些北極游隼在亞歐大陸主要使用5條遷徙路線(xiàn)。

這些路線(xiàn)具有非常高的遷徙連通性，同一只鳥(niǎo)在不同年份，也幾乎會(huì)沿著同一條路徑返回北極地區(qū)，暗示著游隼可能具有非常強(qiáng)的長(zhǎng)期記憶能力。

北極游隼遷徙路線(xiàn)（圖片來(lái)源：Gu et al., 2021）

有趣的是，雖然這些游隼都分布在北極，但是不同種群的遷徙距離卻是不一樣的：西部?jī)扇憾叹嚯x遷徙（平均3600公里），東部四群長(zhǎng)距離遷徙（平均6400公里）。

動(dòng)物所研究人員進(jìn)一步在時(shí)間尺度上對(duì)生活在北極地區(qū)的游隼進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)35只游隼的基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，西部的科拉和科爾古耶夫種群，以及東部的亞馬爾和科雷馬種群分別具有最近共同祖先，并且長(zhǎng)、短距離種群的分化時(shí)間大概在末次冰盛期前后。

基于游隼的種群歷史、潛在繁殖地、越冬地重建等結(jié)果，研究人員推測(cè)在末次冰盛期到全新世的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，冰川消退導(dǎo)致的游隼繁殖地向北退縮以及越冬地變遷可能是游隼遷徙路線(xiàn)形成的主要?dú)v史原因。

對(duì)于當(dāng)前的遷徙路線(xiàn)而言，研究人員發(fā)現(xiàn)不同路線(xiàn)之間的環(huán)境異質(zhì)性很強(qiáng)，環(huán)境巨變區(qū)域與遷徙路線(xiàn)邊界高度吻合，并且路線(xiàn)之間的差異與選擇性遺傳分化的相關(guān)程度明顯大于中性遺傳分化，這說(shuō)明環(huán)境的差異以及相關(guān)的本地適應(yīng)，在維持當(dāng)前遷徙路線(xiàn)中可能發(fā)揮著重要作用。

飛機(jī)都要靠導(dǎo)航

鳥(niǎo)兒怎么知曉回家的路線(xiàn)？

無(wú)論是哪條線(xiàn)路，距離都長(zhǎng)達(dá)上千公里。長(zhǎng)路漫漫，飛機(jī)都要靠導(dǎo)航，游隼是怎么知曉遷徙路線(xiàn)的？

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)短遷徙種群基因組的對(duì)比分析，研究人員首次發(fā)現(xiàn)了一個(gè)和記憶能力相關(guān)的基因ADCY8在長(zhǎng)距離遷徙游隼中受到了正選擇。實(shí)驗(yàn)證明長(zhǎng)、短遷徙種群主要基因型存在功能差異，揭示了長(zhǎng)時(shí)記憶可能是鳥(niǎo)類(lèi)長(zhǎng)距離遷徙的重要基礎(chǔ)。這也在一定程度上回答了游隼為什么能夠“記住來(lái)時(shí)的路”。

就像J.A.貝克在《游隼》一書(shū)中描寫(xiě)的那樣，它們也許看到了我們所看不到、甚至都想象不出的世界，并憑此找到了回家的路。

“游隼眼中的大地，仿佛船只駛?cè)牒硶r(shí)，水手眼中的海岸。航行的尾流在身后逐漸消散；貫穿天際的地平線(xiàn)從兩側(cè)漂流向后。就像一位水手，游隼活在一個(gè)奔流不息、了無(wú)牽掛的世界，一個(gè)到處都是尾流和傾斜的甲板，沉沒(méi)的陸地和吞噬一切的海平面的世界。我們這些拋錨、停泊了的俗世之人，永遠(yuǎn)想象不出那雙眼睛里的自由。游隼看見(jiàn)并記住了那些我們甚至不曾知曉的圖案；那整齊四方的果園和森林，那永無(wú)止境變幻著形狀的田野……它記住了這一連串的圖形，并憑此穿越千山萬(wàn)水，找到了回來(lái)的路?！?/p>

北極游隼遷徙路線(xiàn)變遷和長(zhǎng)距離遷徙遺傳基礎(chǔ)

（圖片來(lái)源：Gu et al., 2021）

候鳥(niǎo)的遷徙是一場(chǎng)生命的馬拉松，在未來(lái)全球變暖日益嚴(yán)重的情景下，他們可能面臨哪些威脅？

研究人員通過(guò)模擬預(yù)測(cè)，未來(lái)全球的加劇變暖可能會(huì)導(dǎo)致亞歐大陸西部的北極游隼種群面臨兩方面的威脅：主要繁殖地的退縮和遷徙策略的改變。

這提示我們，對(duì)于遷徙鳥(niǎo)類(lèi)的保護(hù)來(lái)說(shuō)，我們不僅要保護(hù)好他們的繁殖地和越冬地，同時(shí)也要保護(hù)好他們的遷徙之路。

作者： 谷中如、詹祥江

單位：中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所

本文由科普中國(guó)融合創(chuàng)作出品，谷中如、詹祥江制作，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心監(jiān)制，“科普中國(guó)”是中國(guó)科協(xié)攜同社會(huì)各方利用信息化手段開(kāi)展科學(xué)傳播的科學(xué)權(quán)威品牌。

文章首發(fā)于科學(xué)大院，僅代表作者觀點(diǎn)，不代表深圳科普網(wǎng)立場(chǎng)


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