化石蛋壳的DNA揭示了灭绝的象鸟是如何生活的Credit: Gifford Miller, Author provided
据美国物理学家组织网（by Alicia Grealy, The Conversation）：数百年来，马达加斯加灭绝的象鸟——有史以来最大的鸟类——引起了公众的兴趣。由于骨骼化石记录中的巨大空白，对它们知之甚少。
今天发表在《自然通讯》上的一项新研究使用从化石蛋壳中提取的古老分子揭示了对这些不会飞的巨人生物学的惊人新见解。有多少物种？他们住在哪里？他们吃了什么？
这些问题的答案有助于我们理解物种的起源和消失，这在全球生物多样性持续快速下降的今天尤为重要。
惊人的大鸟
作为生物多样性热点，岛国马达加斯加是研究进化和灭绝的天然试管。曾经在那里游荡的众多现已灭绝的巨型动物物种在加深我们对这些过程的理解方面发挥了关键作用。
象鸟就是这样的一个群体，自从150多年前首次被描述以来，关于它们的珍贵资料已经所剩无几。
与非洲的鸵鸟、澳大利亚的鸸鹋和食火鸡、南美的美洲鸵、新西兰的恐鸟和几维鸟一样，马达加斯加的象鸟(马达加斯加语中称为vorompatra)是大型的不会飞的平胸鸟。它们大约在1000年前灭绝，就在人类首次定居马达加斯加后不久。
这些是真正巨大的鸟类，有些重达700多公斤，高达3米。他们的蛋重10公斤，是鸡蛋的150倍。
数百年来，象鸟(Aepyornithiformes)一直是传说的素材，早期的发现可能是神话生物roc(或rukh)的起源，并启发了H. G. Wells等作家。英国博物学家大卫·爱登堡也对象鸟特别感兴趣，他记录了自己在阿滕伯勒寻找象鸟蛋和巨蛋答案的旅程。
近年来，象鸟被发现与鸡大小的几维鸟亲缘关系最近——这一结果改变了我们对鸟类进化的看法。
图利亚拉(马达加斯加西南部)市场上，一枚由碎片重建的象鸟蛋(Aepyornis maximus)。在生活中，一些种类的象鸟产下重达10公斤的蛋——约150个鸡蛋的体积，比恐龙蛋还大。Credit: Gifford Miller
不完整的记录
然而，关于象鸟到底有多少种仍然存在争议。有一段时间，16个物种根据骨骼化石之间的差异被命名。在20世纪60年代，这一数字下降到了7个物种，而最新的修订版将象鸟分为4个物种。但是为什么会有争议呢？
尽管这些鸟类灭绝的时间相对较近，但穿越时间和空间的骨骼化石记录却并不完整。马达加斯加的气候非常炎热潮湿，不利于保存生物材料。
当骨头不完整或支离破碎时，很难区分不同的物种——有时，骨头根本不会保存下来，就像在马达加斯加的最北部，有报道说那里有蛋壳但没有骨头。
现代DNA技术可以帮助克服这一障碍。类似地，我们可以通过比较DNA来识别人或判断他们之间的关系，来自化石的古代DNA可以帮助识别未知标本或揭示物种内部和物种之间的关系。
两种生物的DNA差异越大，它们的亲缘关系就越远。这些差异可以用来估计物种何时进化，这提供了关于如何和为什么进化的线索。但是，就像象鸟骨骼本身一样，它们内部的DNA也没有得到很好的保存。
厚而丰富的蛋壳
这就是蛋壳的用处。与其他鸟类相比，象鸟蛋壳非常厚，因此被困在里面的DNA得到了更好的保护。蛋壳也比骨头丰富得多，碎片密集地散布在马达加斯加海岸线的海滩上，这些鸟可能曾经在那里筑巢。
艺术家对象鸟在其自然栖息地的印象。Credit: Bonnie Koopmans, Author provided
除了保存DNA和蛋白质之外，蛋壳还保存了“稳定同位素”签名，可以与环境中的植物和动物进行匹配，以了解鸟类的饮食。
蛋壳的物理特性(如厚度和孔隙密度)也可以揭示有关蛋的大小、鸟的大小、筑巢环境、筑巢行为的信息，有时还可以用来区分鸟群。
在马达加斯加当地人的帮助和支持下，我们的团队从马达加斯加各地收集了数百枚1000年前的蛋壳化石。我们观察了它们的厚度、微观结构(通过显微CT扫描)、DNA和蛋白质以及它们的稳定同位素。我们筛选了数百个蛋壳碎片，找到了21个具有足够DNA的碎片，利用已知身份的蛋壳和骨骼标本重建了一个家谱。
神秘的血统
我们发现象鸟的种类并不像之前认为的那么多——标本之间的基因差异很小。我们认为在骨骼化石中看到的一些大小和形状的差异只是雄性和雌性之间的差异，而不是物种之间的差异。在平胸类动物中，雌性比雄性大得多是很常见的，而且会被误认为是不同的物种。
但更令人惊讶的是，我们发现了一个来自马达加斯加最北部的神秘蛋壳，它属于一个新的大型象鸟家族，重230公斤，产3公斤蛋。虽然这些鸟与马达加斯加中部的象鸟有密切的关系，但它们在基因上是不同的，饮食也不同。它们也相距约1000公里，海拔1.5公里。
这证明象鸟生活在马达加斯加的最北部，那里从未发现过骨骼，这一结果让人想起通过对未知化石的DNA分析发现的新的原始人类。
这些并不是唯一出乎意料的发现:我们还发现了象鸟物种形成(新物种的形成)和极端巨人症的潜在驱动因素。随着马达加斯加在上一个冰河时期变得越来越干燥和凉爽，植被发生了变化，象鸟可能已经适应了新的生态位。这导致了最大的物种在最近的时间框架内快速进化——在过去的140万年内，这只是它们进化史的一小部分。
这些发现证明了来自蛋壳的古老DNA是研究灭绝鸟类进化的一个有希望的途径。它有助于我们了解马达加斯加过去的生物多样性——这是了解如何在未来保护其独特物种的重要一步。
