科学家发现，当鸟类失去飞行能力时，它们的身体变化比羽毛更快

99%以上的鸟类会飞。但这仍然留下了许多进化为不会飞的物种，包括企鹅、鸵鸟和几维鸟。在《进化》杂志的一项研究中，研究人员比较了不同种类不会飞的鸟类及其仍然会飞的近亲的羽毛和身体

他们能够确定当鸟类进化为不会飞时，哪些特征会首先发生变化，哪些特征需要更长的时间才能发生变化。这些发现有助于揭示失去原始功能的复杂特征的进化，甚至可以帮助揭示哪些化石鸟类不会飞

今天活着的所有不会飞的鸟类都是从会飞的祖先进化而来的，后来失去了这种能力。芝加哥菲尔德博物馆的研究助理、该论文的主要作者Evan Saitta说：“从不能飞的东西变成飞行是一个相当大的工程挑战，但从能飞的东西变为不能飞是相当容易的。”

一般来说，鸟类进化出不会飞的原因有两个。当鸟类降落在一个没有捕食者（包括哺乳动物）会猎杀或偷走它们蛋的岛屿上时，它们有时会定居在那里，并逐渐适应在地面上生活

由于它们没有经历保持飞行形态的进化压力，它们逐渐失去了帮助它们飞行的骨骼和羽毛的一些特征。与此同时，一些鸟类在进化出半水生生活方式时，身体会发生变化。例如，企鹅不会飞，但它们的游泳方式类似于“在水下飞行”。它们的羽毛和骨骼也相应地发生了变化

塞塔是一位古生物学家，经常研究非鸟类恐龙（恐龙家族树中不包括现代鸟类的分支）。然而，当他来到菲尔德博物馆进行博士后研究时，他被博物馆收藏的50多万只鸟类所震撼

塞塔说：“我突然接触到了所有这些现代鸟类，这让我想知道，‘当一只鸟失去飞行能力时会发生什么？’”。“因为我不是鸟类学家，所以我尽可能多地测量了不同羽毛的特征。所以从这个意义上说，这是一项高度探索性的研究。”塞塔检查了30种不会飞的鸟类及其最近的会飞的亲属的保存皮肤，并测量了各种鸟类的羽毛，包括构成羽毛的微观分支结构。他还检查了其他亲缘关系较远的物种的标本，以代表更多的鸟类家谱

之前的研究表明，很久以前，不同种类的不会飞的鸟类从它们的飞行亲戚那里分支出来。例如，鸵鸟的祖先失去飞行能力的时间比一种名为Fuegian蒸笼的不会飞的南美鸭子的祖先要早得多。赛塔发现，这些物种的羽毛非常不同

塞塔说：“鸵鸟已经不会飞很长时间了，以至于它们的羽毛不再适合空气动力学。”

因此，它们的羽毛变得又长又乱，有时被用来做鸡毛掸子和野猪。但即使Fuegian飘带不能再飞行，它们最近也失去了这种能力，它们的羽毛仍然与飞行的表亲相似

塞塔说，他很惊讶不会飞的鸟似乎需要多长时间才能失去有助于它们飞行的羽毛特征。为什么一个不会飞的物种会“浪费”能量来生长一堆为它不再做的活动而优化的羽毛，或者为什么不再需要飞行的羽毛不会被释放出来进化成各种各样的形式，这似乎没有道理

与超过100000名依赖Phys.org获取日常见解的订阅者一起探索科学、技术和太空的最新进展。注册我们的免费时事通讯，每天或每周获取重要突破、创新和研究的最新进展

然而，Saitta说，他的博士后顾问、菲尔德博物馆研究助理和前菲尔德策展人Peter Makovicky（现就职于明尼苏达大学贝尔博物馆）有另一种观点

“Pete指出，在试图理解现代鸟类为什么会这样时，你不能只考虑自然选择或放松。你还必须考虑发育限制，”Saitta说

“羽毛是复杂的结构，具有非常明确的发育顺序，很难改变。当鸟类失去飞行时，这些羽毛特征会以它们最初进化的相反顺序消失。”

当鸟类胚胎发育出羽毛时，那些羽毛的复杂性会以与恐龙最初进化的羽毛特征相同的一般顺序增加。在失去飞行能力后，鸟类会按照最初进化的相反顺序失去这些羽毛特征。这就像重塑一座房子——改变最后加入的元素，比如壁纸，比拆除承重墙并将其重建成新的东西更快、更容易

一些最近进化的羽毛适应性，比如允许鸟类飞行的飞行羽毛的不对称性，更容易改变，因此一旦鸟类不再需要飞行，它们就会相对较快地消失。但总的来说，基本的羽毛结构就像那些承重墙

标准羽毛的潜在发展需要大量的进化时间才能转化为羽毛状鸵鸟羽毛

Saitta和他的同事们还发现，一旦一个谱系失去了飞行能力，某些较大的特征会相对较快地发生变化。他说：“鸟类失去飞行时，甚至在飞行羽毛变得对称之前，首先要改变的是翅膀和尾巴的比例。因此，我们看到了骨骼的变化，也看到了整体体重的变化。”

Saitta说，这背后的原因可能是增加这些功能的相对“成本”。当动物发育时，生长骨骼所需的能量比生长羽毛要多得多，因此进化“优先考虑”在大多数羽毛之前改变骨骼

塞塔说：“假设一种鸟类降落在一个岛屿上，在那里它们能够安全地生活在地面上，不再需要飞行。首先要去的是这些又大又昂贵的骨骼和肌肉，但羽毛很便宜，所以改变它们的选择不那么积极。”

“这就像如果你自动支付了你不再居住的旧公寓的每月1500美元的租金，这对你的银行账户的影响将比忘记取消每月5美元的订阅更大。对于新的不会飞的鸟类来说，维护一个适合飞行的骨架比保持它们的一些旧羽毛不变要大得多。”

这项研究的见解可以帮助科学家们确定化石鸟类或不属于鸟类家族的羽毛恐龙是否能够飞行

赛塔说：“飞行不是一夜之间进化出来的，飞行，或者至少是滑翔，可能在灭绝的物种中多次消失，就像在幸存的鸟类谱系中一样。我们的论文有助于展示鸟类身体反映这些变化的顺序。”

“除非你有一块化石，其祖先，甚至是更古老的化石，在很长一段时间内都不会飞，否则你可能不会看到它们的羽毛发生太多变化。你可能首先想寻找体重的变化，即翅膀的相对长度。这些变化首先发生，然后你可能会看到羽毛对称性的变化。”

塞塔的研究证实了之前的研究，这些研究表明，鸟类的飞行羽毛在失去飞行后变得更加对称

塞塔说：“好消息是，因为我从不同的角度来回答这个问题，我们得到的结果与之前的许多研究非常一致，但我认为可能比我以更具体的重点来处理这个问题更广泛一些。” More information: Evan T Saitta et al, Feather Evolution Following Flight Loss In Crown Group Birds: Relaxed Selection And Developmental Constraints, Evolution (2025). DOI: 10.1093/evolut/qpaf020

Journal information: Evolution