AI破解鸟类5000万年演化史！气候剧变催生演化“大爆发”

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为什么有些生物类群会在地球历史上迅速繁盛，而另一些却变化缓慢？这个困扰演化生物学百余年的问题，最近迎来了一项新的证据。研究人员借助人工智能，对全球博物馆收藏的数万件鸟类标本进行了大规模数字化分析，不仅重建了雀形目鸟类长达数千万年的演化轨迹，还发现了一个此前难以捕捉的规律：生命演化的节奏，或许并不像人们想象的那样均匀，而是在某些特殊时期突然加速。刚刚发表在《自然·生态与演化》的一个最新研究，展示了人工智能如何让沉睡在博物馆中的标本，成为了解读生命历史的新钥匙。

本文约2600字，阅读约6分钟

出品 | 海潮天下

在很多人的印象里，生物演化的过程缓慢、又连续，每一代都只发生一点点很小的变化。但一项最新研究表明，至少对于雀形目鸟类来说，可能并非如此。它们漫长的演化历史，像是一段段“平静期”之间夹杂着少数几次快速跃迁，而这些跃迁发生的时间，恰好与地球历史上一些剧烈的气候变化时期相吻合。

2026年7月20日发表在《自然·生态与演化》（Nature Ecology & Evolution）上的一项研究中，美国密歇根大学研究团队借助人工智能（AI）技术，对全球博物馆收藏的大量鸟类骨骼标本进行了分析，重建了雀形目鸟类约5000万年的体型演化历史。这个研究发现，这一世界上物种最丰富的鸟类类群，并不是以恒定速度演化的；它们在少数几个关键时期出现了演化速率的大幅提升。

雀形目是鸟类中最大、最多样化的一个类群，包含了现生鸟类中超过一半的物种。这个庞大的家族涵盖了绝大多数人们熟悉的鸣禽，比如麻雀、燕子、画眉和乌鸦等。从生物分类学来看，雀形目具备高度的适应能力与复杂的鸣管结构，它们分布在全球各地，在现代生态系统中占据着举足轻重的地位。上图是北京大学未名湖畔的树麻雀。©Linda Wong 摄影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

2057种雀形目鸟类、超过15000件博物馆标本

雀形目（Passeriformes）是现生鸟类中最大的一个目，已知物种超过6500种，占全部鸟类的一半以上，包括麻雀、燕子、画眉、百灵以及绝大多数鸣禽。如此庞大的物种多样性究竟是如何形成的，一直是演化生物学关注的重要问题。

过去，科学家主要依赖化石寻找答案。化石记录曾提出一种观点：新的生物类群往往会经历一次较快的适应性辐射，随后演化速度逐渐放缓。不过，由于化石资料并不完整，这一假说一直缺乏大规模的定量验证。

但这项研究换了一条思路。研究团队没有依赖化石，他们直接分析了现代鸟类保存至今的骨骼形态。

研究人员收集了2057种雀形目鸟类、超过15000件博物馆标本，并利用自主开发的人工智能系统“Skelevision”，自动识别和测量鸟类全身12块骨骼，总计获得17万余项骨骼测量数据。过去，这样规模的数据整理往往需要研究人员花费多年时间逐件测量，但现在有了AI，在约45秒内就可以搞定一件标本的扫描与测量，大大的提高了研究效率。

仅有大量数据还不够。该团队进一步开发了一种新的统计分析方法，将整个骨骼系统作为一个整体（不是分别分析每一块骨头），从而重建不同谱系体型演化的完整过程。

（图文无关）全球现存的鸟类大约有11,000多种（根据国际鸟类学家联合会IOC的世界鸟类名录，收录的现生及近期灭绝种数约为11,250种）。其中，前面提到的“雀形目”就占了其中的一半以上。全球现存的雀形目鸟类大约有6500~6600多种。这一庞大的家族涵盖了超过140个科。上图是国家动物博物馆内展示的部分雀形目（Passeriformes）鸟类标本阵列。©Linda Wong 摄影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

环境剧烈变化，鸟类体型大突变

分析结果显示，在约3500万年前，雀形目经历了一次十分显著的体型大突变。这一时间点对应地球历史上的始新世-渐新世之交。当时全球气候快速降温，冰盖开始扩张，许多生态系统发生重组。

始新世与渐新世之交发生在约3400万~3500万年前，是古近纪温室地球转向现代冰室地球的转折点。当时南极环流形成导致南极迅速冷却、并出现巨型冰盖，全球气温下降，热带森林大面积萎缩。全球气温急剧下降，海平面大幅下降，许多原本温暖湿润的热带和亚热带森林大面积萎缩，转变为开阔的林地、草原或干旱荒漠。环境的剧烈震荡引发了生态系统的大规模重组，许多适应温室气候的古老物种走向灭绝，适应新环境的类群则迎来了快速演化。

研究人员认为，环境剧烈变化可能创造了新的生态机会，使部分鸟类迅速适应新的生态位、并在较短时间内形成新的类群。随着生态空间逐渐被占据，演化速度又重新放缓了。

类似的变化还出现在约1500万年前。当时统计模型检测到多个演化速率下降的节点，与另一阶段的重要地质和气候变化时期相对应。

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一只中华攀雀，正栖息在芦苇枝头。它属于雀形目攀雀科，是一种非常机敏且善于筑巢的小型鸣禽。©付恺（Kai Pflug）摄影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

该论文指出，雀形目演化史并非均匀推进的，而是由少数几次影响深远的“创新爆发”塑造出来的。这些爆发主要发生在大型分类群形成初期，对今天全球雀形目物种多样性的形成起到了远超其持续时间的作用。

除了时间维度，研究团队还分析了不同地区鸟类的演化速度。结果发现，生活在高纬度地区的雀形目鸟类，其体型演化速度平均高于热带地区物种。这些地区季节变化更明显，温度波动也更剧烈。研究人员认为，更大的环境波动可能持续提供新的选择压力，从而推动形态不断调整。

这种地理分布规律，与数千万年尺度上的演化历史表现出一致的趋势：无论是在深远的地质年代，还是今天不同纬度地区，环境变化幅度越大，鸟类体型演化往往就越快。

不过，研究人员也强调，这种对应关系目前主要体现为统计学上的相关性，并不能直接证明气候变化是唯一驱动因素。大陆漂移、生态竞争、新地区扩散以及其他环境因素，同样可能共同影响演化过程。

白头鹎属于雀形目鹎科，是我国南方及中东部地区非常常见的一种中小型鸣禽。©蔡满堂 摄影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

自然历史博物馆中的沉睡宝藏

这项研究还有一个重要启示，亦即，博物馆标本的科学价值正在不断被重新发掘。

这些鸟类标本中，很多采集于几十年、甚至上百年前。当时的采集者很难想象，未来研究人员能够利用人工智能，通过一张照片自动完成骨骼测量，再结合系统发育树和统计模型，重建跨越数千万年的演化历史。

随着人工智能、计算机视觉和大数据分析的发展，自然历史博物馆收藏的大量标本，正从传统分类学研究材料，逐渐转变为探索演化、生物地理和全球变化等问题的重要数据资源。

研究团队认为，这项成果或许还能帮助科学家理解现代气候变化可能带来的长期影响。

今天，人类活动正在推动全球气候快速变化，而生物将如何适应未来几十年、几百年乃至更长时间尺度上的环境变化，仍然充满未知。研究地球历史上气候变化与生物演化之间的关系，可以让今人深入认识环境变化如何塑造生命演化，为预测未来生物多样性的变化趋势提供新的科学依据。

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资讯源 | Berv J S, Probst C M, Claramunt S, et al.(2026)

文 | 朱潇潇

主编 | Linda

排版 | 卢晓雨

时间 | 2026年8月1日

联系小编 | editor@oceanbiodiversity.cn

参考资料

感兴趣的海潮天下（Marine Biodiversity）读者可以参看该研究的全文：
Jacob S. Berv, Charlotte M. Probst, Santiago Claramunt, J. Ryan Shipley, Matt Friedman, Stephen A. Smith, David F. Fouhey, Brian C. Weeks. Rates of passerine body plan evolution in time and space. Nature Ecology, 2026; DOI: 10.1038/s41559-026-03110-5
https://www.nature.com/articles/s41559-026-03110-5
https://www.sciencedaily.com/releases/2026/07/260729010709.htm

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