鳥類去哪兒——中國學(xué)者揭秘游隼遷徙路線

出品：科普中國
制作：谷中如、詹祥江（中國科學(xué)院動(dòng)物研究所）
監(jiān)制：中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

鳥類遷徙，是大自然最有趣的現(xiàn)象之一。唐代詩人李商隱就曾寫下“初聞?wù)餮阋褵o蟬，百尺樓高水接天”的詩句來描述大雁南飛的故事。大雁春到北方，秋到南方，不懼遠(yuǎn)行，故稱征雁。

其實(shí)不止大雁，很多鳥類都有遷徙行為。據(jù)估計(jì)，全球現(xiàn)存1萬多種鳥類當(dāng)中大約1/5為候鳥，每年有數(shù)十億只候鳥在春天到來的時(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，鳥類具體的遷徙路線是什么樣的？又有什么因素會(huì)影響到鳥類遷徙路線的變遷？一直是學(xué)界廣泛關(guān)注的重要科學(xué)問題。

中國科學(xué)家“繪”出游隼遷徙路線圖

游隼，是一個(gè)善于遷徙的物種。在現(xiàn)代鳥類分類學(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。英國作家J.A.貝克曾在《游隼》一書中動(dòng)情地寫道“目睹一只游隼俯沖的那份激動(dòng)，是無法用數(shù)據(jù)準(zhǔn)確描述的”。這一描述準(zhǔn)確無比，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)而迅猛地從長空劃過，讓人激動(dòng)不已。

游隼飛行俯沖路線 （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，為遷徙種群。

近日，中國科學(xué)院動(dòng)物研究所詹祥江實(shí)驗(yàn)室通過整合多年鳥類衛(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。

箭矢鸛及白鸛遷徙路線

那么游隼的遷徙路線到底是什么樣的？為了回答這個(gè)問題，我們先來了解一下關(guān)于鳥類運(yùn)動(dòng)追蹤方法的歷史。

早在春秋時(shí)期，人類就開始關(guān)心鳥兒遷徙怎么飛了

在早期年代，研究鳥類遷徙是讓人非常頭疼的一項(xiàng)工作，因?yàn)轼B類遷徙的范圍通常跨度大（洲際范圍）、時(shí)間長（多年往返）。最早被應(yīng)用于鳥類追蹤的技術(shù)是鳥類環(huán)志。通常的方式是，每年在繁殖地給出生的幼鳥佩戴腳環(huán)，后期通過“回收-報(bào)告”來記錄鳥類的“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)德國小鎮(zhèn)。1822年，一個(gè)德國克呂茨鎮(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？

原來，歐洲的白鸛在冬天遷往非洲過冬，被箭射中后，仍然飛回了歐洲（難以想象，為了長途跋涉回家，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，這些白鸛被稱為Pfeilstorch，在德語中意為“arrow stork”，第一只具有象征意義的Pfeilstorch也被制作成標(biāo)本，保存在德國羅斯托克大學(xué)。

箭矢鸛及白鸛遷徙路線

（圖片來源：Zoologische Sammlung der Universitai Rostock）

在我國歷史上，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，箭長一尺八寸長，上面刻著不易辨認(rèn)的文字。于是陳閔公派人去問孔子，孔子說：“隼來遠(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)貢來的箭。陳閔公便派人去府庫，果真找到了這種箭。這個(gè)故事與1822年德國的Pfeilstorch異曲同工，但是卻把關(guān)于鳥類追蹤的歷史往前推了2300多年。

孔子圣跡圖：楛矢貫隼（圖片來源：百度圖庫）

盡管這些研究手段對于了解鳥類遷徙路線有些效果，卻只能粗略得到鳥類遷徙的起點(diǎn)和某些節(jié)點(diǎn)，無法準(zhǔn)確全面地刻畫鳥類遷徙路線。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類遷徙研究。

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)行鳥類衛(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)大部分為無人區(qū)，很多地方只能通過車、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：Andrew Dixon）

天空廣闊，游隼如何挑選遷徙路線？

游隼每年9-10月份左右會(huì)遷往南方過冬，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。

這些路線具有非常高的遷徙連通性，同一只鳥在不同年份，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)的長期記憶能力。

北極游隼遷徙路線（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：西部兩群短距離遷徙（平均3600公里），東部四群長距離遷徙（平均6400公里）。

動(dòng)物所研究人員進(jìn)一步在時(shí)間尺度上對生活在北極地區(qū)的游隼進(jìn)行了研究。通過對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、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，研究人員推測在末次冰盛期到全新世的轉(zhuǎn)換過程中，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形成的主要?dú)v史原因。

對于當(dāng)前的遷徙路線而言，研究人員發(fā)現(xiàn)不同路線之間的環(huán)境異質(zhì)性很強(qiáng)，環(huán)境巨變區(qū)域與遷徙路線邊界高度吻合，并且路線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)前遷徙路線中可能發(fā)揮著重要作用。

飛機(jī)都要靠導(dǎo)航，鳥兒怎么知曉回家的路線？

無論是哪條線路，距離都長達(dá)上千公里。長路漫漫，飛機(jī)都要靠導(dǎo)航，游隼是怎么知曉遷徙路線的？

通過對長短遷徙種群基因組的對比分析，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在長距離遷徙游隼中受到了正選擇。實(shí)驗(yàn)證明長、短遷徙種群主要基因型存在功能差異，揭示了長時(shí)記憶可能是鳥類長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“記住來時(shí)的路”。

就像J.A.貝克在《游隼》一書中描寫的那樣，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、了無牽掛的世界，一個(gè)到處都是尾流和傾斜的甲板，沉沒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，并憑此穿越千山萬水，找到了回來的路?！?/p>

北極游隼遷徙路線變遷和長距離遷徙遺傳基礎(chǔ)（Gu et al., 2021）

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

研究人員通過模擬預(yù)測，未來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，對于遷徙鳥類的保護(hù)來說，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。