对企鹅的一项新的基因和化石分析揭示了它们是如何进化的。

阿德利企鹅家族。 （图片来源：杰奎琳迪利）

企鹅最出名的可能是它们不会飞的鸟类，它们的翅膀帮助它们“飞”过寒冷的南极水域。 但是企鹅在大约 6000 万年前就失去了飞行能力，而是成为流线型游泳者，早在南极冰盖形成之前——研究人员现在已经揭示了这是如何发生的。

一项对企鹅化石以及当前和最近灭绝的企鹅基因组的新研究确定了这些鸟类为过上水生生活方式而进行的一系列遗传适应； 从对水下蓝色色调敏感的视力到与血氧相关的基因，甚至是骨密度的变化。 总之，这些发现表明，企鹅作为一个群体，适应了数百万年来发生的一些严重的环境变化。

从飞行到无飞行

研究合著者、康涅狄格州格林威治布鲁斯博物馆的古生物学家丹尼尔·克塞普卡说，最古老的企鹅化石可以追溯到 6200 万年前。 到那时，企鹅已经不会飞了，尽管它们看起来与现代企鹅有很大不同。 Ksepka 说，它们的腿和喙更长，而且它们的翅膀更像是翅膀而不是鳍状肢。

“这些早期的动物可能是从一种仍然可以在空中飞行的海雀状动物进化而来的，”Ksepka 说。 （这种飞行的祖先尚未在化石记录中被发现，因此无法确切知道企鹅何时失去了飞行能力。）

随着时间的推移，进化创造了“各种各样有趣的企鹅角色”，Ksepka 说，从长着长矛状喙的企鹅到长着红色羽毛的企鹅，再到比今天最大的企鹅物种皇帝高一两英尺的鸟类，高约 3 英尺 7 英寸（1.1 米）。

在这项研究中，研究人员评估了化石证据以及所有仍然活着的企鹅的基因组，以及在过去几百年内灭绝的企鹅的部分基因组。研究结果表明，企鹅在 6000 万年前的某个时候起源于今天的新西兰附近，分散到南美洲和南极洲，然后返回新西兰。 Ksepka 说，在过去 200 万年左右的时间里，今天活着的大多数物种相互分化。在此期间，地球经历了冰期和间冰期的循环，极地冰在此期间扩张和退缩。前进的冰层将企鹅推向了北方，可能使一些种群相互隔绝，使它们能够在大约 10 万年的时间里走自己的进化道路。当冰层消退时，分离的企鹅已经进化成不同的物种。

“它不会平等地影响所有物种，但这几乎就像有人正在转动曲柄来制造更多的企鹅物种，”Ksepka 说。

遗传适应

研究人员在 7 月 19 日的《自然通讯》杂志上报告说，尽管企鹅经历了所有的变化，但企鹅的进化变化速度是所有鸟类中最慢的。 Ksepka 说，这令人惊讶并且仍然无法解释。他说，较大的动物和繁殖相对缓慢的动物，如企鹅，往往进化速度较慢。然而，一些比企鹅大的鸟类比企鹅进化得更快。 Ksepka 说，其他以与企鹅相似的速度繁殖的鸟类也进化得更快，因此需要做更多的工作来了解为什么企鹅进化如此缓慢。

虽然企鹅的进化可能相对缓慢，但它为它们提供了许多适应海洋和靠近海洋的生活。它们与其他可能会缩短翅膀的不会飞的鸟类共享一套基因，而且它们还具有独特的基因，这些基因可能将企鹅祖先翅膀上的许多肌肉变成了肌腱，从而使企鹅的翅膀变硬，使它们更像鳍状肢。研究人员还发现了与钙储存相关的基因突变，这可能有助于形成有助于企鹅潜水的致密骨骼。

进化还带来了许多其他变化，例如与脂肪储存和温度调节相关的基因。一个有趣的发现是企鹅在进化早期丢失了几个与消化甲壳类动物外骨骼有关的基因。这表明早期企鹅的饮食以鱼和鱿鱼等猎物为中心，Ksepka 说。但是冰盖的扩张创造了一个富含磷虾的南极生态系统，磷虾是小型甲壳类动物。幸运的是，研究人员发现，企鹅还剩下一个基因——CHIA 基因——这使得它们仍然能够消化甲壳类动物。

“如果最后一个关闭了，他们可能很难消化 [磷虾]，”Ksepka 说。

Ksepka 警告说，大约 75% 的企鹅物种已经灭绝，气候变化可能会进一步灭绝。对于具有小众生活方式的物种尤其如此，例如完全在海冰上繁殖的帝企鹅（Aptenodytes forsteri）。 Ksepka 说，如果海冰融化，帝企鹅可能很难找到繁殖地。另一方面，居住在多岩石的加拉帕戈斯群岛的小企鹅生活在远离其他土地的地方，如果它们的赤道栖息地太热，它们就无处可逃。

“我们绝对认为这些动物对环境变化很敏感，在许多情况下它们已经被认为是濒临灭绝的，”Ksepka 说。 “在其他情况下，他们可能在未来几十年变得更加脆弱。”