SAT阅读背景知识：鸟为什么长喙却不长牙？哪些基因决定鸟喙的发育？|SAT历年真题免费下载

鸟为什么长喙

鸟为什么长喙？主要是因为飞行。

一方面是因为飞行让鸟失去了像手一样的前臂。鸟的翅膀上面没有爪子，也不够灵活，不能当手用。翅膀专门负责飞行，几乎干不了其他任何事情，鸟只能靠嘴部来完成更多任务。不同的鸟的喙根据生活环境而不同，外形各异，但是这些喙有一个共同特点，就是极其灵活，功能多样，可以用来撬贝壳、采蜂蜜、钳小虫、梳羽毛；上下没有连在一起，这让鸟的嘴巴可以张得很大。鸟是拿喙当手用的。鸟喙对鸟就像手臂对人一样重要。

外形各异的鸟喙

另一方面是因为没有牙齿的喙有利于飞行。鸟的祖先是恐龙。鸟喙和恐龙的一大区别是鸟喙上没有牙齿（尽管有些鸟喙成锯齿状，但那不是牙齿）。鸟在空中飞行，运动量比爬行动物要大，需要更快的速度摄取更多热量。它们没有时间像爬行动物那样细嚼慢咽地吃东西，往往刚刚抓到食物就必须起飞（躲避敌人或飞往下一个地方寻找新的食物），一边飞一边吃东西会影响飞行。牙齿太重，不利于飞行。没有牙齿，可以大大降低头骨重量，有利于飞行。

在鸟喙进化过程中起作用的基因

哈佛大学专门研究进化的生物学家Arhat Abzhanov和他的博士生Bhart-Anjan Bhullar首先比较了恐龙头骨化石骨骼结构、原始鸟头骨化石骨骼结构、当代鳄鱼头骨骨骼结构和当代鸟头骨骨骼结构，确定了四者的不同在于当代鸟上喙骨是一整块，恐龙和当代鳄鱼的上颌骨是分开的两块，原始鸟上喙骨则介于两者之间。

然后，他们查找之前的科学家拿小鸡和老鼠做的关于哪种基因会影响上颌骨或上喙骨的发育的研究。之前的研究结果是，Fgf8和WNT这两种基因会影响上颌骨或上喙骨的发育。

在这个基础之上，Arhat Abzhanov师生两人开始了自己的实验，就是找几个鸡蛋，加入抑制Fgf8和WNT这两种基因的抑制剂，结果小鸡的上喙骨真的没有长成一整块，而是分成了两块，孵出来的小鸡嘴巴不是本来应该有的形状，而是更像恐龙和鳄鱼的嘴巴，长成了畸形。

正常小鸡头骨（左）、Arhat Abzhanov师生做实验生成的畸形小鸡头骨（中）、鳄鱼头骨（右）

另外有一些科学家也做了一些实验，认为影响鸟喙形成的基因不是Fgf8和WNT，而是另一种叫SHH的基因。他们说Arhat Abzhanov师生的实验有一个问题，他们实验中鸟喙最后长畸形不是因为Fgf8和WNT的减少，而是他们在实验中加的抑制剂直接导致了一些细胞的死亡，直接导致了畸形。

对这种质疑，Arhat Abzhanov师生回应说，首先可能是Fgf8、WNT和SHH三种基因共同其作用；其次，据他们的观察，实验过程中并没有出现有过多细胞死亡的现象。

原始鸟类喙部化石为进化论提供证据

鱼鸟（Ichthyornis）是一种生活在白垩纪时期的原始鸟，主要以鱼为食物，身体外形看起来和今天海鸥差不多，不同的地方就是它的嘴巴不完全像今天的鸟喙，而是有点像恐龙的嘴，上面还长了牙齿。

生活在白垩纪时期的鱼鸟（Ichthyornis）

科学家1870年代在美国堪萨斯州第一次发现鱼鸟的骨骼化石，最开始人们以为身体的化石是这种鸟的，嘴部的化石不是这种鸟的，是其他爬行动物的，两种化石只是偶然处于同一位置。不久后，证实了嘴部和身体的化石都是鱼鸟的。著名作家狄更斯得到这个消息后，专门写文章说鱼鸟化石喙部有牙齿，这说明鱼鸟（有喙有牙齿）是处于从恐龙（无喙有牙齿）往现代鸟（有喙无牙齿）进化过程中的一种原始鸟，他认为这一发现给达尔文出版的《物种起源》提出的进化论理论提供了证据。

鱼鸟的头骨化石（既有鸟喙，喙上还长了牙齿）

但是之后有很多科学家表示反对，因为他们对鱼鸟化嘴部化石的鉴定有不同意见。后来又发现了几副鱼鸟骨骼化石。到2014年，有人又新发现了一副完整的鱼鸟骨骼化石，这一次他们专门请Arhat Abzhanov的学生Bhart-Anjan Bhullar来研究。Bhart-Anjan Bhullar使用一种叫“X线断层照相术”的技术，不破坏含有化石的整块岩石，就可以给里面的化石拍相片。Bhart-Anjan Bhullar把所有能找到的鱼鸟骨骼化石（包括1870年最早发现的那副）都研究了一下，最后得出结论：外行狄更斯说得对，鱼鸟确实又有喙，又有牙齿，确实是从恐龙到鸟的过渡品种。

Bhullar还发现，鱼鸟的下颌部的肌肉像恐龙一样强有力，它的咬合力非常大。