" 萌萌噠 " 的企鵝身披一套 " 紳士禮服 "，雖然長滿羽毛，擁有一對翅膀，卻又不會(huì)飛翔，它們只能在從水中一躍而起，回到冰上的短暫的時(shí)間里體會(huì)到 " 飛翔 " 的感覺。

企鵝躍出水面

圖片來源：nathab.com

企鵝為什么不會(huì)飛了？這一切，可能都源自于企鵝祖先的那一次俯沖入水 ……

近親是信天翁和海燕，它卻為了吃的下了水

當(dāng)我們想到鳥類時(shí)，腦海中閃過的大概都是那些張著翅膀在天空中翱翔的生物。雖然一些科學(xué)家認(rèn)為所有現(xiàn)存鳥類的最近共同祖先擁有飛行的能力，但許多物種都在演化的過程中失去了這種能力，比如鴕鳥、鴯鹋，還有今天的主人公—企鵝。

對于企鵝的祖先來說，天空和海洋是一道二選一的選擇題。當(dāng)然，大家也都知道了它們的答案，那就是廣袤的大海。

根據(jù) 2014 年一項(xiàng)發(fā)表在期刊《科學(xué)》上的研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)在鳥類 " 家譜 " 中和企鵝親緣關(guān)系最近的是鹱形目 ( Procellariiformes ) 的鳥類，鹱形目下的鳥類種類繁多，適應(yīng)在遼闊的大洋上飛翔，以魚類等海洋生物為食。大家對這個(gè)目可能不是十分熟悉，但這個(gè)目底下的一些物種，比如信天翁和海燕，大家肯定都不陌生。

基于全基因組測序的鳥類演化之樹

圖片來源：參考文獻(xiàn)

科學(xué)家們在對 48 種鳥類進(jìn)行了全基因組測序和比較分析后，構(gòu)建了鳥類的系統(tǒng)發(fā)生樹，結(jié)果表明企鵝和它們的近親在距今大約 6600 萬年前發(fā)生了分歧。自此，兩組鳥類走上了截然不同的道路，一類展翅飛翔于天際，另外一類則在大海中遨游。

6600 萬年前，也就是白堊紀(jì)晚期時(shí)，小行星撞擊造成了地球上的一次生物大滅絕事件，恐龍隨之成為歷史，而幸存下來的生物則獲得了十分廣袤的生存空間。這其中就包括鳥類的祖先，大部分鳥類物種在此事件后迅速出現(xiàn)，呈現(xiàn)出爆發(fā)增長的趨勢。

對于企鵝的祖先來說，隕石撞擊消滅了許多海洋中的捕食者，在沒有大型海洋動(dòng)物的情況下，在海洋中生活就不再是一個(gè)要命的問題。除此之外，在缺乏其他大型掠食者的海洋中，食物可以說是唾手可得，長途跋涉只為一口食物的生活已然成為了過去，一場狂歡就此開啟。

企鵝成群躍入海中

圖片來源：seaworld.org

當(dāng)企鵝的祖先進(jìn)入水下生活后，它們就開始了一場演化上的狂奔。為了適應(yīng)海洋環(huán)境，企鵝的骨骼變得致密而不充氣，讓它們可以潛入更深的水域，獲取食物；同時(shí)，它們的翅膀也已經(jīng)不再具有飛行能力，而是演化為鰭肢，幫助它們在水中 " 飛翔 "。有道是 " 海中無巨獸，企鵝稱大王 "，在適應(yīng)水下生活后，隨著演化的進(jìn)程，企鵝游得更快，潛得更深，迅速占據(jù)了南半球的許多區(qū)域。

由于不再需要飛行，它們將多余的能量用來 " 長大 "。現(xiàn)存最大的企鵝是帝企鵝，它們可以長到超過 1 米高，體重可以達(dá)到 40 多公斤。不過，這樣的體型和它們已經(jīng)滅絕的一些近親比起來，又是小巫見大巫了。根據(jù)化石記錄。一個(gè)已經(jīng)滅絕的企鵝的屬 ( Palaeeudyptes ) ，其中成員的身高可以超過 2 米，體重可以達(dá)到 115 公斤。不僅如此，另外一個(gè)已經(jīng)滅絕的巨型企鵝屬 ( Anthropornis ) ，其中也有身高超過 1.8 米的大個(gè)頭。

Palaeeudyptes 屬企鵝和帝企鵝的對比

圖片來源：theguardian.com

然而，隨著鯨和海豹等其他大型海洋動(dòng)物的出現(xiàn)，海洋中爭端再起。一些科學(xué)家認(rèn)為，這些競爭者的崛起可能是巨型企鵝滅絕的原因，但確切的情況還有待更多的研究。

大家可能會(huì)問，企鵝為什么不保留一定的飛行能力呢？這樣它們的生活就可以更加容易，平日里艱苦的 " 行軍 " 不過幾個(gè)小時(shí)的航程，倘若能夠飛翔，那躲避海豹等掠食者也會(huì)更加容易。

既會(huì)飛又會(huì)游泳？那真的不太行

事實(shí)上，自然界中存在既能飛行，又可以潛水的海鳥，它們身上或許就隱藏著企鵝放棄飛行能力的奧秘。

一般情況下，鳥兒在水中活動(dòng)可以有兩種驅(qū)動(dòng)方式，靠翅膀推動(dòng)和靠腳蹼推動(dòng)，企鵝在水中活動(dòng)的方式為前者，依靠它們演化出來的鰭肢產(chǎn)生推力，腳蹼只是起到輔助改變方向的作用?？茖W(xué)家們推測，企鵝的祖先應(yīng)該也是一種既可以飛行，又可以潛水的海鳥，并且它們在水中依靠翅膀產(chǎn)生的推力活動(dòng)。

因此，比較不同鳥類在水中活動(dòng)時(shí)的能量使用情況，可能可以帶給我們關(guān)于上述問題的解釋。在確定了研究方向后，科學(xué)家們找到了兩種海鳥用于后續(xù)的研究，它們分別是厚嘴海鴉 ( Uria lomvia ) 和海鸕鶿 ( Phalacrocorax pelagicus ) ，前者和企鵝一樣靠翅膀在水中活動(dòng)，后者則依靠腳蹼產(chǎn)生的推力在海中遨游。

厚嘴海鴉

圖片來源：diark.org

科學(xué)家們認(rèn)為可以將這兩種鳥類作為企鵝祖先在天空和海洋中活動(dòng)時(shí)對能量利用的生物學(xué)模型，通過了解它們在飛行和潛水時(shí)能量消耗，來推斷企鵝祖先放棄飛行能力的原因。

海鸕鶿

圖片來源：fareastru.birds.watch

研究人員捕獲了一些厚嘴海鴉和海鸕鶿，并給它們注射了穩(wěn)定的氫和氧的同位素作為示蹤劑來標(biāo)記它們活動(dòng)時(shí)的能量消耗，同時(shí)科學(xué)家們還給海鳥們配備了運(yùn)動(dòng)裝備，以記錄它們的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，海鳥們平時(shí)的生活主要由飛行、潛水和休息組成，研究人員們計(jì)算出了每項(xiàng)活動(dòng)需要花費(fèi)的能量成本，得出了有趣的結(jié)論。

根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，厚嘴海鴉的飛行成本是飛鳥中最高的，它們在飛行時(shí)，每時(shí)每刻都要消耗比其他鳥類更多的能量，換句話說就是：雖然能飛，但是累的不行。但與此同時(shí)，厚嘴海鴉在水中活動(dòng)的成本則相對較低，比大多數(shù)鳥類都要來得如魚得水得多。也就是說，厚嘴海鴉在水中能量消耗的優(yōu)勢是用較大的飛行成本換來的。但即便如此，在進(jìn)行體重?fù)Q算后，同等大小的厚嘴海鴉潛水時(shí)的能量消耗也要大于企鵝。

對此，科學(xué)家們推測，當(dāng)在空中和水中都使用翅膀進(jìn)行活動(dòng)時(shí)，可能存在一個(gè)能量利用的臨界點(diǎn)，超過這個(gè)臨界點(diǎn)后，海鳥的飛行成本會(huì)變得高到難以持續(xù)，這時(shí)候，為了在水中獲得更大的優(yōu)勢，一些鳥類，比如企鵝的祖先就選擇徹底放棄飛行的能力，轉(zhuǎn)而投向海中生活，成為一個(gè)游泳高手。

據(jù)觀察，帝企鵝的游泳速度可以達(dá)到 14.4 公里 / 小時(shí)；阿德利企鵝小宇宙爆發(fā)時(shí)，游泳速度甚至可以達(dá)到 30 至 40 公里 / 小時(shí)。除了游得快，企鵝還潛得深，巴布亞企鵝的最大潛水深度可達(dá) 200 m；帝企鵝的最深潛水記錄為 565 米，可以在水中停留接近半個(gè)小時(shí)的時(shí)間。

俗話說的好，" 魚和熊掌，二者不可得兼 "，對于企鵝來說也是如此，想要成為游泳高手，自然就要有所付出。

企鵝翅膀的演化，或許就是能量消耗權(quán)衡的結(jié)果。

更多的改變，讓企鵝向海洋進(jìn)發(fā)

當(dāng)然，企鵝能夠擁有今天的成功，不僅僅是因?yàn)榉艞壛孙w行的能力，在企鵝身上，還有著許許多多的次生性水生適應(yīng)機(jī)制。

致密的骨骼，就像壓倉物一樣幫助它們克服海水的浮力，幫助它們潛入更深的海中；

密集的防水羽毛，厚實(shí)的皮膚以及皮下的脂肪，可以幫助它們在寒冷的環(huán)境和水中調(diào)節(jié)自己的體溫；

眼睛附近有名為眶上腺的腺體，可以幫助企鵝排出體內(nèi)多余的鹽分；

眼睛可以快速適應(yīng)深海急劇減弱的光環(huán)境，可以讓它們在水中更好地活動(dòng)；

……

在一項(xiàng)最近的發(fā)表在期刊《自然 · 通訊》上的研究論文中，科學(xué)家們通過比較基因組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了一系列可能有助于企鵝適應(yīng)水中生活的基因，包括與鰭狀肢演化、體溫調(diào)節(jié)、視覺有關(guān)的基因。

企鵝的各種水生適應(yīng)機(jī)制

圖片來源：參考文獻(xiàn)

全基因測序和這些功能基因的發(fā)現(xiàn)，無疑幫助我們在企鵝適應(yīng)水生環(huán)境的研究中更進(jìn)一步。隨著環(huán)境的變化，棲息地的日益萎縮，許多企鵝的未來變得和南極大陸一樣，面臨著很大的不確定性，希望這些對企鵝的研究在推進(jìn)人類對于這類生靈認(rèn)知的同時(shí)，也可以推動(dòng)對企鵝的保護(hù)。