警戒色的演化秘密

如果你参加过关于“警告信号”的演讲或讲座，那么你可能已经看过启发我写这篇文章的照片——一只冠蓝鸦（Cyanocitta cristata）被骗吃了一只有毒的黑脉金斑蝶（Danaus plexippus），对蝴蝶和鸟都造成了灾难性的后果。我看到这张照片的第一个念头是：恶心。

一只天真的冠蓝鸦正在啄食一只黑脉金斑蝶，这只蝴蝶带有从食用马利筋属植物（乳草属植物）中储存的毒素。 这张图表达了一个有力的教训，为什么捕食者会察觉到警告信号来避开有毒的猎物：它们将信号与猎物的不可食用联系在一起。但问题在于，只有当捕食者意识到信号时，这种防御才有效。如果每一个捕食者都需要靠吃掉猎物来学习如何辨识猎物是否有毒，那么猎物又应该如何在生存和竞争中演化出新的警告信号呢? 如果我是另一只冠蓝鸦，我就会被吓得不敢再吃黑脉金斑蝶了。看到这张照片，我不禁要问：鸟类能否看到另一个捕食者吃了有毒猎物的不幸后果，从而学习并避免犯同样的错误？如果确实是这样，这可能是揭开警告信号如何演化这一谜题的关键——为了让所有的捕食者都能够学习并减少误食有毒猎物。 我约见了我们学院的一位访问学者，她来自于芬兰于韦斯屈莱大学(University of Jyväskylä, Finland)，名叫约翰娜·梅普斯（ Johanna Mappes），她提供了一个验证我这个假说的机会。 她认为这是不可能的，但值得一试——尽管众所周知，群体信息传播影响着动物打算在哪里吃以及应该吃什么，但很少有研究证明动物能够学习如何避开味道不好的食物。 在获得英国自然环境研究委员会（Natural Environment Research Council UK，NERC）研究奖学金的资助后，我前往芬兰于韦斯屈莱大学从事博士后的研究，在黑暗中度过了一个冬天。你可以理解为，我们的博士后的研究项目全靠我和我的助手坐在黑暗中透过单向玻璃来观察鸟类。 为了再现突变产生警告信号的原始外观，我们创造了一个“新奇的世界”（novel world）的装置。约翰娜设计了该装置，并多年来在Konnevesi野外研究站对该实验流程进行了微调：零下的低温度环境使得研究人员容易在饲养陷阱中捕捉到野生的大山雀（Parus major），而在人工饲养过程中，由于技术人员的悉心照料，这些大山雀的体重甚至还会增加。 这个研究的下一步是搞清楚我们如何通过操控社交信息并控制观察者所看到的内容（见上图）。我和我的合作者Neetlje Boogert博士（现在在埃克塞特大学）在剑桥大学回廊里的谈话帮助解决了问题 ，他建议我考虑视频回放鸟类吃到有毒食物时候的录像。有了这个技术，我们准备开始我们的实验，来测试社交信息是否可以降低鸟类了解显眼的信号代表着新型有毒的猎物成本。

这个名为“新奇的世界”的房间——大山雀在其中为含有杏仁的食物纸包而疯狂地搜寻，其中有一半是味道不好的纸包，并且带有显眼的方形符号（新奇的警告信号）。其他的味道都很好，但发现的难度是带有方形符号纸包的4倍（因为这几个食物包与背景一样都有叉号）。其中一半的大山雀个体（“社交型”的捕食者）首次出现在给鸟类播放的视频中，以显示带有方型符号的是恶心的食物，而另一半则只看到了猎物的视频（“天真”的捕食者）。该图为实验装置示意图：Pesasa / Openclipart.org

在我们的实验中，通过观看一个“厌恶”反应的视频，大山雀可以获得“方块”信号代表着有毒的猎物（照片提供：Rose Thorogood）。 我们发现，有社交信息的鸟类（看过视频）比“很傻很天真”的对照组鸟类更容易避免取食引人注目的有毒猎物，甚至在两天的测试中也不需要播放额外的视频。 这意味着鸟类通过观察其他个体在遇到有毒食物时候的不适表现，收集关于警告信号的社会信息，并且群体中一只猎物的降低上减少了总体的捕食率。看起来这样做可能足以帮助新的食物信息在群体里面传播，但是我们需要更多的证据才能得出可信的结论。 芬兰的团队也是这样做的 - 约翰娜是芬兰科学院资助的生物相互作用卓越创新中心的主任之一，同时也是苏黎世大学的汉娜·科科教授（Hanna Kokko）的合作者。 幸运的是，汉娜也对我们的想法很感兴趣，并提出从数学角度探讨这个问题的方法。 她的理论模型工作支持了我们从实验中得出的结论：有毒猎物的信息在群体中进化的要素是，群体里需要有个体观察到别的个体误食这些猎物之后的做呕行为。 像许多鸟类一样，大山雀通过擦喙和摇头表现出厌恶 - 这也是我们“厌恶”表达也演变的原因之一？ 我用这个技巧教我女儿应该避免哪些不能吃的食物，虽然很难知道这是自然的原因，还是被我教育所导致的结果！

为了解释警告信号如何演化，人们提出了许多其他假设，从猎物的空间分布到针对新食物的演变偏见。 然而，证明这些假说的实验通常会产生不明确的结果。我们的研究表明，我们需要考虑捕食者所处的社会环境，个体之间的经验分享正在帮助群体将警戒色和食物有毒的信息联系在一起。这才是整个故事里最重要的组成部分，而它最终将所有相关的环节拼凑在一起，促进警戒色的演化。

原文发表在自然-生态学与进化(Nature Ecology and Evolution)杂志上，链接：http：//go.nature.com/2CAFrC3

文章来源：推鸟

编辑：Pierre