您的位置: 怀柔信息港 > 时尚

羽毛或成环境观测依据

发布时间:2019-03-19 10:04:36

导语:鸟类的羽毛在生长过程中元素带的周期性变化揭示鸟类所处环境的突发或长期变化。

关键词:鸟类; 羽毛; 环境科学; 元素检测;

在X射线荧光灯下鸟类羽毛呈现鲜橙色和粉红色的高亮点,这些高亮点即鸟类生长过程中合成到羽毛里的合金,如锌和溴。自然科学报告,CC BY-SA

剪嘴鸥是一种以数字8形状航线往返于西伯利亚、日本海岸到塔斯马尼亚岛之间的迁徙性海鸟。

选取剪嘴鸥身上颜色不太鲜艳的灰色羽毛,将其放在X射线荧光显微镜辉光束下,我们从中找到了一些意想不到的发现。我们发现羽毛中错综复杂的化学元素沉积物图案讲述了羽毛生长的故事。

同时还有一些其他发现,比如图像表示醒目的规则条带中含有锌。条带数量大致和羽毛生长周期的数量一致。

这些图案不同于一般的羽毛生长带。在我们的研究上个月发表之前这些图案还鲜为人知。

在高频X射线荧光显微镜下扫描三片分别来自三只条纹剪嘴鸥(大水剃鸟,Calonectris leucomelas)的胸部羽毛。可以看到锌元素规则条带沿着羽毛长轴分布。自然科学报告,CC BY

就像树木有年轮一样,鸟类在脱毛过程中也留下生长带。(脱毛是指脱落旧羽毛让新羽毛生长的过程。)

虽然条带只表示了生长过程,但化学元素的图案则表达了鸟类在羽毛生长周期中生活的情况。元素图案可能在疾病和癌症这些效应出现之前指示鸟类群体生活是环境状况。

我们认为锌带可能是一种固定在羽毛生长中的天然日常(每日)时间标记。如果确实是这样,那么该发现将有可能用于追溯鸟类长羽毛期间应激性事件发生的时间——例如,短时间暴露于像重金属之类的环境污染物。

除了锌,羽毛中还检测到了其他元素,包括钙、溴、铜和铁。其中每一张元素都有自己独特的分布图案。

一片来自肉足鹱的胸部羽毛摄影图像[A]和高分辨X射线荧光显微图像[B-F]( Ardenna carneipes);[B]重构康普顿散射图(测量密度);[C]钙分布图;[D]溴分布图;[E]铜分布图;[F]铁分布图;自然科学报告,CC BY

该团队,包括野外实地研究员Jennifer Lavers,分析了苦心采集于日本偏远地区、豪勋爵岛和新南威尔士的羽毛样品,同时补充分析了来自悉尼澳大利亚博物馆的馆藏羽毛。

该工作的主要精力花费在研究三种剪嘴鸥的羽毛上。这三种剪嘴鸥每年在广阔的海洋上迁徙6万多公里,

羽毛或成环境观测依据

往返于它们的繁殖场所。

剪嘴鸥的觅食范围非常广,因此它是重要的环境健康指示生物。正如诺贝尔文学奖得主Peter Doherty在其作品《哨兵鸡》中所描述的:

我们雇佣各种鸟类帮助我们解读日益复杂、难以预测的全球变化。这些神奇的生物不断带来大气、海洋、田野和森林的样品,帮助我们发现威胁所有脊椎动物的有毒环境危险品。

对鸟类健康的研究可能会转化为针对人类的早期威胁预警。

所观察到的化学元素图案在更基础的科学研究中也颇有裨益,因为它们打开了动态研究羽毛生长机制的一扇窗。这也是“拓扑生物学”一个案例。该术语描述了少数干细胞发育成为例如羽毛这样的器官或者结构时所发生的复杂的生长和调节过程。

羽毛中图案的生成模型。锌带形成原因可能有两个。其一是混合干细胞,即“滤泡细胞”,在大约30天一个周期的生长羽毛过程中形成了锌带[A]。其二是锌浓度变化的规则系统性脉冲形成了锌带[B]。自然科学报告,CC BY

发育生物学通常在实验室试验条件高度控制的情况下进行研究。但是,当前研究表明发育与健康的敏感性标记物也可以作为野外实地研究采集的样本。

羽毛的化学成分可能成为我们观察环境的新工具。

作者简介:Richard Banati,澳大利亚核科学与技术组织讲座教授。

公开声明:Richard Banati不向任何可能从该文章中获益的公司或组织工作、提供咨询、享有股份或接受资金,并且除上述学术单位外不从属于其他相关机构。

本文观点仅代表作者,不代表《科学美国人》。

(翻译:赵小娜;审校:杨玉洁)

原文链接:

猜你会喜欢的
猜你会喜欢的