一只南跳岩企鹅站在南非马里恩岛的悬崖边。摄影：THOMAS P. PESCHAK, NATGEO IMAGE COLLECTION

撰文：REBECCA DZOMBAK

从白雪皑皑的南极斜坡滑下，在寒冷的海水中快速游动，企鹅似乎完美适应了周围的环境。但这种魅力十足的鸟儿并非一直是不会飞的水上杂技演员：从飞行进化到游泳，需要近乎全新的技能、体型和机能。

现在，一项新研究史无前例地结合了化石记录和基因组数据，绘制出了企鹅的进化过程，并分析了气候变化对企鹅命运的影响。

“企鹅是进化史中最有趣的产物，”研究合著者、康涅狄格州格林威治布鲁斯博物馆的鸟类古生物学家Daniel Ksepka说：“它们适应了与祖先截然不同的身体机能和生活方式。”

研究结果发表于7月19日《自然通讯》杂志：大约6600万年前白垩纪-古近纪大灭绝之后，早期企鹅以惊人的速度填补了整个南半球新出现的环境生态位。恐龙消失后，其他动物有了更多空间，企鹅适应了南部世界的各种气候和生物群落。

但研究也显示，在所有鸟类中，企鹅的进化速度最慢，这意味自大灭绝之后，它们转变成海洋生物以来，基因突变的速度明显放缓。研究作者们说，这让人怀疑它们能否适应现代气候的快速变化。

现存的18种企鹅物种生活在巴西、新西兰和南非等地，其中超过半数被国际自然保护联盟认为是濒危或易危物种。

“由于进化速度减慢，现代企鹅似乎不如古代企鹅那样能适应环境的快速变化，”新西兰坎特伯雷大学的鸟类古生物学家Vanesa De Pietri说。她没有参与此次研究。

“它们把自己逼到角落里了吗？”她问道：“是的，有可能。”

适应水生生活

由于缺少化石，企鹅的直系祖先仍然未知，De Pietri说。这个神秘后代可能生活在6000多万年前，从信天翁和海燕等飞行鸟类的近亲群体中分离出来。

之前对企鹅进化的研究也遇到同样的瓶颈：大约四分之三的企鹅物种已经灭绝，只剩下化石记录。直至最近，还没有研究把完整的化石记录与现代和近期灭绝的企鹅基因组结合起来。

“这种了解企鹅进化的方法令人印象深刻，”新西兰奥塔哥大学的古遗传学家Nic Rawlence说。他没有参与此次研究。

通过把两个巨大的数据集相结合，研究作者们完善了企鹅的进化谱系，准确找出了企鹅变得多样化的时间，并绘制了种群变化情况，确定是哪些基因帮助企鹅过渡到水生生活。

“我们由此得到了企鹅进化的全貌，”Ksepka说。

科学家分析了企鹅的基因组，发现了它们的进化过程：坚硬的鳍状肢和防水的羽毛用来游泳，厚厚的皮肤和脂肪用来保暖，水下视觉和氧气控制用来潜水。

科学家已经知道这些适应性，但通过比较所有现存企鹅的基因组，研究团队可以确定是哪些基因在起作用。把基因组与化石记录相结合，还可以估算这些基因和不同物种出现的时间。最后一步是把它们与气候联系起来。

跟上气候变化的步伐

在最初的快速适应后，企鹅的进化速度逐渐放缓。（啄木鸟是进化速度最快的鸟类之一，但原因未知。）

几百万年时间里，企鹅在海洋环境中进化，不得不适应反复变化的气候。大约200多万年前，也就是最近一次冰河时期之初，企鹅开始了新一轮多样性爆发。随着冰原扩大，环境变化，企鹅踏上了迁徙之路，经常与其他种群完全隔离。在几十万年里，企鹅被冰隔开，进化出了今天我们仍能见到的多种多样的企鹅物种。

针对这一过程，之前的研究提出过假设，而新研究中的基因组与化石数据组合为之提供了最有力的证据。

“这项研究告诉我们，纵观企鹅进化史，在基因组方面，多样化事件与主要气候事件之间的关联，”De Pietri说。

未来不容乐观？

很多企鹅能轻松适应以前的气候变化。但今天气候变化的速度比之前快得多，企鹅面临着新的进化挑战。研究作者们认为，企鹅可能无法适应。

“很多企鹅生活在气候变化的原点，”Ksepka说。南极的企鹅，比如纹颊企鹅尤其危险；自20世纪90年代以来，南极大陆已经失去了约3万亿吨冰。被限制在这片大陆上的企鹅也非常脆弱，因为它们“无处可去”，Ksepka说。

“我认为企鹅的命运与人类的命运息息相关。”

(译者：Sky4)