是时候改写教科书了:关于鸟的嗅觉,我们误解了这么久……

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▎药明康德内容团队编辑

关于鸟的嗅觉,人们早就好奇过。两百年前,著名的美国博物学家奥杜邦(John James Audubon)做过一个实验。

他知道秃鹫喜欢吃腐肉,他找来一头腐烂发臭的死猪,埋在一堆甘蔗杆下面,测试秃鹫会不会循着臭味前来吃大餐。结果,没有一只秃鹫注意到死猪。相反,奥杜邦用一张几乎没有气味的鹿皮,缝了些填充物进去,扔在外面,倒是吸引来了一只秃鹫。

奥杜邦由此猜测,秃鹫应该是依靠视觉而不是嗅觉来觅食的。尽管后来也有一些人发现,有些种类的秃鹫,还有少数一些鸟类会循着气味寻找食物,但这似乎只是例外。

长久以来,人们普遍持有的想法是:鸟类拥有敏锐的视觉和听觉,甚至还有神秘的第六感“磁觉”;相比之下,嗅觉并不重要,大多数鸟类的嗅觉都很迟钝

现在,这一结论要被改写了。

▲拖拉机正在割草,一只鸟不知从哪里飞来,开始觅食(图片来源:参考资料[2])

这张图片中的鸟是欧洲白鹳,它们时常会出现在正割草的田地,在低矮的草地里找到它们爱吃的虫子、老鼠、蜗牛等。注意到这个现象后,一名好奇的小学生向德国马克斯普朗克动物行为研究所(Max Planck Institute for Ornithology)的科学家提出了问题:白鹳怎么知道哪里的田地正在割草?

为了找出答案,动物学家Martin Wikelski教授开着飞机去监测带有GPS传感器的几十只白鹳。在天上绕了一圈又一圈后,他发现,这些鸟总会从下风处赶到正在割草的田地来,仿佛是被割草产生的气味吸引而来

于是,研究人员决定测试一下。他们做了一个关键的实验:在近期没有割过草的田地中喷洒了三种青草味的化学物质——顺便说,这几种物质也常会被添加到香水中,赋予清新的青草味。尽管没有割草机的声音,没有割草的景象,鸟群还是从很远的地方纷纷飞来。实验结果清楚地表明,这些鸟完全是依靠嗅觉做出了觅食决定。

欧洲白鹳的相关结果新近发表于学术期刊Scientific Reports

不仅是欧洲白鹳,其他鸟类也可能对植物“受伤”时散发的气味有所反应

例如捷克生物学家在去年发表的一篇论文中描述,苏格兰松的针叶被松叶蜂幼虫啃噬后,伤口释放的挥发性化学物质,会吸引大山雀和蓝山雀前来寻找毛毛虫。

这些结果不但说明嗅觉对于鸟类来说有重要功能,还给科学家们提供了控制害虫的新线索。研究人员正在考虑用化学物质的气味吸引鸟类来捕食危害林业的昆虫。

大山雀、蓝山雀和啃噬松树针叶的松叶蜂幼虫(图片来源:参考资料[3])

关于鸟的嗅觉,另一些重要的证据藏在它们的DNA中。分子生物学家在各种鸟的基因组中搜索编码嗅觉受体的基因

嗅觉受体是一些细胞表面分布的蛋白质,特定的气味分子结合到匹配的受体上以后,向大脑发送气味信息。对于嗅觉相对不那么灵敏的动物来说,比如人类,编码嗅觉受体的基因上往往能找到很多突变,导致受体不起作用。

然而,鸟类的嗅觉受体基因似乎颇为完整,并且丰富多样。2008年,德国马克斯普朗克鸟类研究所的科学家尝试着检查了9份鸟类基因组,发现其中编码嗅觉受体的基因比预想得更多,而且基因数量与该物种的嗅球(大脑中的嗅觉处理中心)大小成正比,意味着这些嗅觉受体可能是有功能的

最近几年,随着基因组测序技术越来越进步,科学家们进一步扩大了搜寻的基因组范围。东卡罗来纳州立大学(East Carolina University)的研究人员今年6月在学术期刊Integrative and Comparative Biology上发表了他们的分析结果。他们在蜂鸟、鸸鹋、鸡、斑胸草雀,以及一种叫娇鹟的小鸟中,鉴定出几十种新的嗅觉受体

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▲野生鸸鹋(图片来源:JJ Harrison (https://www.jjharrison.com.au/), CC BY-SA 4.0 , via Wikimedia Commons)

其中,鸸鹋拥有的大量嗅觉受体基因引起了科学家的极大关注。因为这种鸟在鸟类进化树上位于比较靠近底端的位置,这意味着,所有鸟类的祖先很可能就有一系列多样的嗅觉受体基因。换句话说,气味从一开始就对鸟类有着重要意义

关于鸟类嗅觉的科学证据越来越多。根据《科学》杂志上一篇文章的统计,这一主题的论文在去年多达80篇,相比二十年前翻了两番。现在,也许是时候澄清奥杜邦的误解了:鸟类的嗅觉也很强大。

参考资料:

[1] Textbooks say most birds can't smell.Scientists are proving them wrong. Retrieved July 9, 2021 from https://www.sciencemag.org/news/2021/07/textbooks-say-most-birds-cant-smell-scientists-are-proving-them-wrong

[3] Elina Mäntylä et al, (2020)Insectivorous birds can see and smell systemically herbivore-induced pines. Ecologyand Evolution. Doi: https://doi.org/10.1002/ece3.6622

[4] Robert J Driver et al., (2021) Highlycontiguous genomes improve the understanding of avian olfactory receptorrepertoires Integrative and Comparative Biology, doi: https://doi.org/10.1093/icb/icab150

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