如今地球上生活着数千种鸟类——根据对“物种”的定义不同，大约有10,000种到多达18,000种。化石记录表明，几乎所有这些长着羽毛、会飞的生物多样性都出现在6600万年前最后一次大灭绝之后，当时一颗小行星撞击地球，导致非鸟类恐龙灭绝。只有少数几种鸟类——鸡、鸵鸟和类似鸭子的生物——成功度过了灭绝事件，并演化出了今天令人眼花缭乱的各种鸟类：从鸣禽到鸦科鸟类再到鹦鹉。
然而，这种快速的进化是如何发生的，一直是生物学上的一个长期谜团。新的研究揭示了鸟类数量激增的奥秘。科学家们在《科学进展》杂志于7月31日发表的一项研究中，报告了与白垩纪末期突然而剧烈的灭绝相关的鸟类生命之树上的DNA变化模式。根据该研究的首席作者、密歇根大学进化生物学家Jacob Berv的说法，这是迄今为止首次有证据表明鸟类基因组发生了由灭绝事件直接导致的重大变化。
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Berv在接受《流行科学》采访时表示：“我们正在使用新的统计模型来检测序列中以前无法检测到的特定模式。”他补充道：“这使我们能够以直接而清晰的方式，将鸟类基因组的重大变化与这次大灭绝事件联系起来，这是我们以前无法做到的。”而且，根据Berv及其同事进行的次要分析，这些基因印记并非随机的。观察到的DNA变化与体型和亲代抚育的变化有关，这些变化可能是鸟类成功和多样化的关键。
标志着白垩纪结束和古近纪开始的灭绝事件留下了明显的迹象。首先，墨西哥有宽6.2英里的希克苏鲁伯陨石坑。地质记录中还有富含铱的岩石独特层——K-Pg界线。当然，还有霸王龙消失得无影无踪。（不过别为恐龙太难过，毕竟鸟类就是恐龙）。现在，研究人员又拼凑出了关于一颗巨大的行星撞击对地球影响的又一块拼图。
英国巴斯大学的古生物学家和进化生物学家Nick Longrich表示：“我认为总的来说，我们低估了这些灭绝事件塑造现代多样性的程度。”Longrich并未参与Berv的研究，但曾研究过未能度过白垩纪-古近纪界线的鸟类。“我们倾向于关注日常的微小突变——我们称之为微观进化——但如果你回顾漫长的时间跨度，就会发现这些非常极端、罕见的事件在驱动地球生命进化方面起到了巨大的作用。”他补充说，这项新研究“有趣之处在于，我们可以检测到它。”
科学家们利用一台计算机模型，分析了来自198种现代鸟类的部分基因组样本，这些样本涵盖了整个鸟类系统发育，并从博物馆标本中收集。结合来自化石记录的关于某些谱系出现时间的*, Berv及其同事得以重建了进化转变的历史，并发现了“基因组化石”。
过去的类似分析倾向于使用基于假设的模型，例如A、T、G、C的比例在进化过程中相对稳定，并且替换只随机发生。然而，加州州立大学多明格斯山分校的研究合著者、进化遗传学家Sonal Singhal指出，实际上，T变成C的可能性远大于变成A的可能性。她提到，这项新研究采用了不同的方法，使用了一个不包含这些标准假设的模型，而是考虑了DNA组成最可能发生的变化。
利用这个改进的模型，他们在其数据集中识别出了17个不同的、重大的分子组成变化。其中15个集中在K-Pg灭绝后的500万年内，12个直接与鸟类谱系的分化有关。Berv表示：“非常非常清楚的是，这些[DNA]组成的重大变化发生在非常短的时间间隔内。”
随后，科学家们利用机器学习模型将观察到的基因组变化与性状联系起来。他们发现，体型和亲代抚育受这些DNA变化的影响很大。在研究人员检查的类群中，他们发现，在与大灭绝相关的基因变化之后，鸟类体型变小，雏鸟孵化时的成熟度更低，对亲代抚育的依赖性更强。繁殖群体的数量和食谷性（吃种子）也与观察到的DNA变化显著相关。
康涅狄格州布鲁斯博物馆的古生物学家兼馆长Daniel Ksepka表示，大规模小行星撞击后立即的生活非常艰难。他指出：“有一天，你还习惯于白垩纪晴朗宜人的日子，有着美丽的森林和充足的食物，而突然间，你置身于这个被摧毁的地狱般的环境中。”Ksepka并未参与这项新研究，但曾研究过鸟类多样化。他告诉《流行科学》：“研究发现这些性状变化与灭绝事件有关，这是非常有道理的。”他指出，体型和亲代抚育可能是适应突然变得严酷的环境的重要特征。小型鸟类所需的食物和能量更少，能以更少的资源生存。而之前的研究表明，不成熟的雏鸟反而能更快地发育和成长，这可能也是提高几代繁殖成功率的关键。
Ksepka认为，食谷性的增加是一个特别有趣的发现。白垩纪末期，许多植物死亡或无法生长，因为火山灰遮蔽了阳光。但种子可能会在至少几年内作为潜在的食物来源。基因数据显示食谷性的兴起，支持了现有理论，即有喙的鸟类因为能够利用其他生物无法获取的资源而得以幸存和多样化。
人们早就认识到，大灭绝为新生物的进化和占据未被填补的生态位创造了巨大的机会。例如，如果6600万年前没有小行星撞击，世界可能哺乳动物会少得多。但人们常常不太讨论的是，灭绝遗留下来的机会残余如何根深蒂固，并从根本上决定了之后数百万年甚至更长时间的走向。Berv表示：“主要鸟类群体的进化轨迹从那时起就被编码并固定下来了——他的研究证明了这一点。”
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然而，这项新研究并未解决所有问题。Berv指出，由于他们依赖的是部分基因组而非完整基因组，因此该研究未能识别出因希克苏鲁伯撞击器而可能发生的所有重大基因变化。他希望能进行一次全基因组层面的类似分析，但他目前缺乏所需的计算能力。
遗传建模研究本身就存在一定的误差范围。化石记录不完整，并且通过6600万年前的事件来分析当前的基因数据存在许多不确定性，正如颠覆性的近期发现所例证的那样。Longrich表示：“这些模型和重建事物的尝试。它们不是上帝的真理。”虽然他认为这项研究是利用这种新方法进行的一次引人注目的初步尝试，并提出了关于鸟类如何在K-Pg界线进化的一种假说，但他并不完全确信这就是最终的定论。科学是一个持续、流动的过程。Longrich指出，一项研究并不能将一个假说确立为事实。“我不会拿我的生命打赌这个系统发育是正确的。但我会和你打赌一杯啤酒，它是正确的——大概是这种程度的信心，”他说。“我们仍在试图分类白垩纪时期的化石。但这确实是一个非常有趣的开端。”
随着更多研究的进行，我们将能更深入地了解遥远的过去以及它如何仍在当下产生回响。有一天，这也许能帮助我们解读未来。“理解生命的进化是如何与地球历史上的重大变化联系在一起的，是生物学中的一个根本问题，”Berv说。一些研究表明，一场新的人为导致的大灭绝已经开始，而鸟类的进化可以为我们准备应对其后果提供一份路线图。“如果我们想知道生命将如何应对当前和未来的事件——像气候变化这样重大的事件——我们唯一能依靠的资源就是历史。”
