史前“头盔”竟自带荧光？科学家发现“世界最大鸟类”在紫外线下会发光

地球是一个奇迹

物种｜澳大利亚

在紫外线的照射下，一只南方鹤鸵（southern cassowary）的头冠泛出了蓝绿色的荧光。这只名叫金杰（Ginger）的鹤鸵来自佛罗里达州的鹤鸵保护项目，在一项新研究中，它是第一只被发现拥有这种发光能力的活体鹤鸵。

金杰（Ginger）是一只身高六英尺的南方鹤鸵（southern cassowary），她性情温和，非常配合科学实验。

2021年3月，在佛罗里达州一个温暖的夜晚，科学家们试图探究她头顶那个角状结构中的角蛋白（keratin），是否会在紫外线下产生荧光反应。

此前，从未有文献记载过这种大型不会飞的鸟类具备这种特性。

解剖学家兼古生物学家托德·格林（Todd Green）在拜访金杰居住的佛罗里达鹤鸵保护项目时，随身携带了一支紫外线手电筒。紫外线对人类来说是不可见的，但对许多鸟类而言却是可见光。

“那天晚上我和其中一位饲养员出去了，他当时其实还在取笑我，因为他觉得什么也不会发生，”格林说道。他是阿肯色州立大学（Arkansas State University）纽约理工学院骨科医学院的鹤鸵专家。

但当把紫外线手电筒照向关着金杰的黑暗围栏后，情况发生了反转。“那是我所见过的最明亮的荧光之一，”他说，“我惊讶得倒吸了一口凉气。”

鹤鸵是地球上体型最大的鸟类之一。它们原产于澳大利亚和巴布亚新几内亚的热带雨林和山脉，长着长长的匕首般的爪子，体重可超过140磅。

今年早些时候发表在《科学报告》（Scientific Reports）上的一项由格林领导的新研究，聚焦于鹤鸵的头冠，这是一种生长在鸟类头骨顶部的骨质角蛋白覆盖的装饰物。这项研究首次证实了头冠具有紫外线反应并能发光。

北方鹤鸵在可见光（左）与紫外线（右）下的对比图，生动展示了其头冠表面明亮的蓝绿色紫外线生物荧光。

“这是一个巨大的、备受瞩目的、足以定义职业生涯的发现，”并未参与此项研究的南安普顿大学（University of Southampton）古动物学家达伦·奈什（Darren Naish）说道，“这是一组非常、非常好的研究结果。”

目前已知的三种鹤鸵都有这种头冠，但它们的大小、形状和颜色各不相同。它们通常随着动物年龄的增长而生长，在鸟类达到性成熟时达到顶峰。

“这是一种奇异的构造，”格林说，“当你看到它时，它看起来更像是一个角，但实际上与动物拥有的任何角都完全不同。”

史前的“头饰”

研究人员长期以来一直对鹤鸵及其头冠很感兴趣。“鹤鸵是许多已灭绝恐龙的最佳现存类比对象，”奈什说。古生物学家经常通过观察这些头冠来更好地理解已灭绝恐龙（如鸭嘴龙或角龙）那些奇怪的头饰。

然而，鹤鸵的研究并不充分，它们的头冠仍然是个谜。关于这种角状结构功能的假设各不相同，包括用于防御、调节热量、视觉展示，或者帮助它们发出独特的低频叫声。

头冠在法语中意为“头盔”，但格林表示，这种结构实际上很脆弱，这表明它们可能并不是为了防御目的而进化出来的。

而且，不像鹿角是为了帮助雄性在发情季节争夺雌性而进化出来的，雌性和雄性鹤鸵都有头冠。主流假说认为，它们在视觉展示中扮演着某种角色。

为了进一步研究，格林和他的同事们想看看鹤鸵的头冠在紫外线下是否会发光。研究发现大多数鸟类都能看到紫外线波长——因此，如果头冠在紫外线下发光，这可能表明该结构在视觉信号传递中起作用。

这项工作始于2020年，当时世界上许多地区都实施了与COVID-19相关的封锁和旅行限制。研究人员正在寻找无需远行就能利用现有资源的方法。

“我们无法前往这些鸟类所在的巴布亚新几内亚，但我们可以接触到博物馆标本和实验室里的标本，”亚利桑那大学（University of Arizona）的解剖学家、该研究的合著者保罗·吉尼亚克（Paul Gignac）说。

吉尼亚克订购了几种不同的紫外线灯来扫描保存下来的鹤鸵头冠，并很快发现博物馆的标本——其中一些已有100多年的历史——在紫外线波长下发出鲜艳的荧光。

格林在从科罗拉多州飞往纽约的航班上收到了一条短信。“他发给我一张照片说，‘好吧，我们发现了一些东西，’”格林回忆道。

南方鹤鸵在可见光（左）与紫外线（右）下的对比图，生动展示了其头冠表面明亮的蓝绿色紫外线生物荧光。

令人惊讶的荧光

下一步是观察活体动物是否也表现出同样的荧光。这也促使格林去拜访他的老朋友金杰，她是这项研究中发现的第一只会发光的活体鹤鸵。

对其他鹤鸵的实验很快显示，不同物种以相似的颜色发光，但在头冠上呈现出独特的图案。

体型较小的侏鹤鸵（dwarf cassowary）拥有乌黑的头冠，完全不发光；而拥有暗绿、黄褐色头冠的南方鹤鸵和北方鹤鸵（southern and northern cassowary），则在不同部位发光。

“如果你让我预测头冠会是什么样子，我肯定想不出实际发现的这种样子，”奈什说，“我原本以为可能所有的角蛋白都会以相同的方式发出荧光。”

但为了证实这种荧光不仅仅是一种解剖学上的怪癖，格林和他的同事们必须确认从头冠反射回来的紫外线波长是否能被鹤鸵看见。

他们的研究结果表明，反射的波长在365到385纳米之间，这意味着鹤鸵可能看得到它们。

还需要进一步的实验来确定，在它们自然栖息地黑暗的热带雨林树冠层下，这些明亮发光的图案在自然生活条件下到底有多可见。

归根结底，这一新发现似乎与“头冠具有某种视觉用途”的观点相符，也许能帮助鹤鸵区分其他鹤鸵物种。

在未来的研究中，格林希望找出这些紫外线信号在鹤鸵的自然环境中是否可见，并揭示关于其潜在用途的更多细节。

他还希望这项研究能成为保护工作和博物馆编目工作的催化剂，因为这些独特发光的头冠可以作为一种快速简便的方法来追踪和区分物种。

“我真的很想看看他将如何利用这一发现并继续深入探索，”吉尼亚克说。

撰文：Taylor Mitchell Brown

编译：Arvin

校对：Arvin

版式设计：Arvin

点点，谢谢关注。

伸出小手