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26览科学一场享尽科学的盛宴SCIENCE文/李忠东鸟类鸟类飞行学问大飞行学问大一只阿拉斯加西部冻原上的斑尾塍鹬，从 2022 年 10 月 13 日到 24日，不间断地飞行了 11 天零 1 小时，里程达 13560 千米，打破了 2021 年由另一只斑尾塍鹬创造的 13050 千米的世界纪录。那么，13560 千米到底是什么概念呢？地球赤道的周长是40075 千米，相当于这只鸟在 11 天内飞越了三分之一个地球。可以说，这是相当远的距离。这只斑尾塍鹬在卫星跟踪系统中的代号为“234684”，其身上携带的最新版太阳能跟踪器能记录鸟斑尾塍鹬飞万里斑尾塍鹬飞万里儿的位置，每隔 90 秒向卫星发送一次信号。最令人惊叹的是，这只神奇的鸟儿只有 5 个月大，刚刚脱离父母的保护，就跟随同伴一起向南飞。但这还没完，半年之后，它们还要重复一次这段漫长艰辛的旅程，回到阿拉斯加去繁衍后代。那么，这段旅程的路线是怎样的呢？它们先飞往美国夏威夷的西部，穿越公海，抵达太平洋岛国基里巴斯上空。在大海上飞行两天之后，它们将再一次看到陆地，飞越太平洋岛国瓦努阿图共和国上方并继续向南，沿着悉尼以东620千米的飞行轨道，在澳大利亚东海岸和新西兰之间飞行。在这期间，一部分斑尾塍鹬降落在海岛休息，但这只代号为“234684”的斑尾塍鹬还是一个劲儿地向南飞行。研究推测，直接飞到目的地可能会比在海岛上休息更省力，所以不到万不得已它们不会中途降落在岛上停留。最终，这只代号为“234684”的斑尾塍鹬跟随鸟群一起向右急转，一路向西，抵达澳大利亚塔斯马尼亚州东北部的安森斯湾，在一个寂静的渔村附近着陆。斑尾塍鹬是一种长嘴、长腿的涉水鸟类。在春季和夏季，成年斑尾塍鹬的背部呈深棕色和灰色，头部、颈部和身体的下半部分呈现独特的砖代号为“234684”的斑尾塍鹬直飞迁徙13560千米，创下新的世界纪录27斑头雁穿越珠峰斑头雁穿越珠峰红色。到了冬天，它们的毛色则会变成上灰下白的配色。斑尾塍鹬的嘴部和腿部很长，体长约为成人的半个手臂。在阿拉斯加冰封降临前，它们便要开始长达万里的大迁徙。这种其貌不扬的水鸟为何能拥有如此高超的飞翔“绝技”呢？科学家通过研究发现，其原因在于迁徙之前它们会储存大量的能量像患上“贪食症”一样，斑尾塍鹬一刻不停地把食物塞进肚子里，转化为脂肪储存在体内，为不间断飞行提供源源不断的能量。为了能有足够的空间储存脂肪，它们要吸收掉自己体内包括肝脏、肾脏和消化道在内的 25%的组织，以保持流线型身材不变。也就是说，在上路之前，它们会变成一个只带着脑子和肌肉的“脂肪团”，这是其他鸟类无法做到的。只有当它们完成迁徙，抵达目的地并重新开始进食之后，这些器官才会再一次慢慢地长出来。科学家形容斑尾塍鹬的身体构造像一架“喷气式战斗机”长而尖的羽翼，加上非常光滑的体表，使它们具有很大的空气动力学潜能，可以确保直飞迁徙距离达到最远。斑尾塍鹬懂得选择在顺风的大气层中飞行以提高效率，称得上是“气象专家”。它们能在不停歇的万里飞行中保持方向，很可能是因为它们白天通过阳光定向，夜间辨识星光定位。一万多千米的连续飞行是悲壮的远征，多出来的一半体重在到达目的地时消耗殆尽。在这期间，“234684”的部分同伴撑不下去，葬身大海。据统计，在斑尾塍鹬 15 20 年的生命里，迁徙飞行的总距离远超从地球到月球的 40 多万千米。太平洋上空的迁徙路线，就像是斑尾塍鹬的“生态走廊”。但是，由于该地区风的强度和频率一直在变化，科学家们担心气候变化很快会迫使它们改变路线。伴随着阿拉斯加栖息地日渐丧失，食物紧缺使斑尾塍鹬无法储存成功迁徙所需的能量，斑尾塍鹬在 2017 年的世界自然保护联盟濒危物种红色名录中被列为近危物种。如不采取保护措施，在不久的将来，斑尾塍鹬将会濒危甚至灭绝。斑尾塍鹬是目前已知直飞迁徙距离最远的鸟类斑头雁体长 62 85 厘米，体重 2 3 千克。它通体呈灰褐色，头和颈侧呈白色，头部的两道黑色的横斑极为醒目，十分美丽。它们广泛分布于中亚、克什米尔及蒙古国，越冬时一般会前往印度、巴基斯坦、缅甸或中国云南等地。它们选择在高原湖泊地区进行繁殖，尤喜咸水湖，但也选择淡水湖和开阔而多沼泽的地带。斑头雁平均飞行高度近 1 万米，因其在迁徙过程中跨越喜马拉雅山脉而闻名。斑头雁的个头不小，但它和其他以捕鱼为生的水鸟不同，以素食为主。禾本科和莎草科植物的叶茎和豆科植物的种子都是它们喜爱的食物。有时候它们也吃贝类、软体动物和其他小型无脊椎动物。在植物茂密、水草丰美的地带都可以见到它们的身影。斑头雁不与其他水鸟争夺食物，是高原上“鸟缘”最好的物种。每次迁徙，斑头雁几乎都要跨越崇山峻岭。它们多呈小群，通常由20 30 只组成。它们排成“人”字形或“V”字形迁飞，边飞边鸣，鸣声高亢而洪亮。它们的迁徙路线较为固定，从西北高原繁殖地经唐古拉山口迁往南部越冬地。如遇天气变化，气候恶劣，山口风力强大时，山口周围常常云集数千只受阻的斑头雁。直到天气好转，它们才飞越过去。在迁徙的过程中，喜群居的斑头雁们同甘共苦，相互分享食物，充分体现出“团结就是力量”的精神。研究表明，斑头雁之所以能飞到极高的海拔，是因为它们在长期对环境的适应中，已经进化出很多生理性适应机能，以帮助完成漫长的迁徙。28览科学一场享尽科学的盛宴SCIENCE28血液的氧的净含量，使自身在飞行中获得更强的爆发力和耐久力。这些都是对高原生活的一种适应。面对仅达低海拔地区 30%的氧气浓度，斑头雁依然游刃有余。事实上，包括斑头雁、蜂鸟、鸵鸟和鸽子等在内的所有鸟类都具有超高效的肺部。它们有两个气口，呼气口和吸气口是分开的，气体在体内永远是单方向流动。而且，鸟的体内有气囊，这些气囊和肺相通，能够贮存空气，辅助肺部呼吸。与它们相比，人类和其他哺乳动物的肺就显得很低级，呼吸都是同一个通道嘴和鼻子同时用于呼气和吸气。为了完成迁徙，斑头雁必须飞越世界上最高的山脉喜马拉雅山，而高度 8848.86 米的全球最高峰珠穆朗玛峰就坐落于此。或许在斑头雁眼中，喜马拉雅山脉并不像人类想象中那么可怕。研究人员给在印度发现的25只斑头雁装上了GPS传感器。这些特殊的身体机能大都不通过外在来表现，而是巧妙地藏于身体的内部。与其他鸟类相比，斑头雁拥有更多的毛细血管和效率更高的血红细胞。它们血红蛋白的亚基发生变异，使血红蛋白可以迅速地与氧结合。这意味着它们的身体能够将氧更快、更多地传送给肌肉细胞，而肌肉细胞里更多的线粒体又为斑头雁提供了其他鸟类无法匹敌的飞行能量。斑头雁极高效率的呼吸系统，造就了它们极强的获取氧气的能力。它们的急速呼吸能力不但不会导致头晕或晕倒，而且还能够增加进入不久之后，它们就开始了一年一度的春季迁徙。结果发现，这些鸟儿在迁徙过程中的飞行高度竟达到了 6437米，整个迁徙过程共需耗时 2 个月左右，距离长达 8000 千米。斑头雁在迁徙过程中会频繁休息，但在飞越喜马拉雅山脉时基本是一鼓作气完成的，平均耗时约 8 小时。很多科学家之前都认为斑头雁是借助白天向上越过山头的风飞翔的，也就是顺风而行。但研究发现，它们并非借助风，反而是仅凭自身肌肉的力量，在夜间相对平静的环境中飞行，这无疑令人十分惊讶。斑头雁在向上飞行的过程中，并未借助顺风或上升的气流，打破了我们传统意义上高空飞鸟靠滑翔飞行的认知。2929斑头雁排成“人”字形或“V”字形迁飞斑头雁以迁徙过程中跨越喜马拉雅山脉而闻名30览科学一场享尽科学的盛宴SCIENCE秃鹰翱翔很在行秃鹰翱翔很在行秃鹰靠着上升气流滑翔30种鸟类拍打翅膀时所消耗的能量是静止时的 30 倍，如果想依靠拍打翅膀飞行，无疑跟哺乳动物在陆地上奔跑冲刺一样累。不论是在安第斯山脉还是在大草原上空飞行，不管刮风与否，秃鹰扇动翅膀的次数都没有随着天气的变化而发生实质性的变化。科学家的一项研究结果表明，南美洲的安第斯秃鹰几乎在所有的飞行时间内都采用翱翔模式，只有1.3%的时间拍打着翅膀。安第斯秃鹰的翼展约 3.3 米，体重约 16 千克，相当于二三岁的幼儿。为了研究秃鹰在飞行中拍打翅膀的频率、对天气条件的利用以及它们如何保持或改变高度，科学家在阿根廷巴里洛什附近监测了8 只幼小的安第斯秃鹰，记录它们飞行过程中的每一次翅膀摆动以及飞行路线。这项研究发现，秃鹰具有识别气流的本领，即使在山区复杂的气流条件下，也能依靠上升的气流滑翔，以便节省能量。虽然研究对象都是相对缺乏飞行经验的幼鸟，但它们在扑翼飞行上的“投资”却很低。而那些飞行经验丰富的成年秃鹰拍打翅膀的次数则会更少。最令人惊讶的是，其中一只秃鹰花了 5 个多小时在空中翱翔，飞行了 160 千米的距离，其间竟然没有拍打过翅膀，这就好比人类极限运动中的翼装飞行。230 多个小时的秃鹰飞行数据，记录秃鹰只有 1%的时间（相当于 2个小时左右）花在拍打翅膀上，大部分发生在起飞和贴地飞行时。秃鹰巨大的身躯，意味着起飞的难度上升。这迫使其拍打翅膀，消耗一定的能量。但它们的翱翔耐力给人留下了深刻的印象，一旦升空，飞行起来就显得非常灵活，像盘旋在空中随时都会发起进攻的巨兽一样。从整个飞行时间和拍打翅膀的时间来看，可以说秃鹰几乎不拍翅就能飞行，可以“零消耗”地在空中翱翔数小时。像秃鹰这安第斯秃鹰几乎所有的飞行时间都采用翱翔模式