鸟类长途迁徙背后令人惊讶的科学

由马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员领导的一组科学家最近在风洞和一群鸟类的帮助下做出了惊人的发现。鸣禽，其中许多每年进行两次 1000 多英里的不间断飞行，从繁殖地飞到越冬地，它们通过燃烧大量脂肪和数量惊人的构成瘦体重的蛋白质(包括肌肉)来为自己提供燃料, 在飞行初期。这颠覆了传统观点，认为迁徙的鸟类只会在旅途的最后阶段增加蛋白质消耗，因为它们需要使用每一盎司的肌肉来拍动翅膀，而不是燃料。该结果最近发表在国家科学院院刊上。

“鸟类是神奇的动物，”该论文的第一作者、麻省大学阿默斯特分校生物学博士后研究员Cory Elowe说，他在那里获得了博士学位。“他们是极限耐力运动员;一只重半盎司的鸟可以从加拿大到南美洲不间断地一次拍动 100 小时的翅膀。这怎么可能?他们如何为飞行提供燃料?”

很长一段时间以来，生物学家都认为鸟类是通过燃烧脂肪储备来增强耐力的。事实上，脂肪是候鸟秘密组合的重要组成部分。“我们测试的鸟类在整个飞行过程中以一致的速度燃烧脂肪，”Elowe 说。“但我们还发现，它们在飞行的早期就以极高的速度燃烧蛋白质，并且随着飞行时间的增加，它们燃烧蛋白质的速度逐渐降低。”

“这是一个新的见解，”麻省大学阿默斯特分校生物学副教授、该论文的资深作者亚历山大·格森说。“以前没有人能够测量鸟类中这种程度的蛋白质燃烧。”

Gerson 继续说道：“我们知道鸟类会燃烧蛋白质，但不会以这种速度燃烧，而且不会在飞行的早期就燃烧。” “更重要的是，这些小型鸣禽可以燃烧 20% 的肌肉质量，然后在几天内全部恢复。”

为了取得这一突破，Elowe 得到了安大略省伊利湖北岸长点鸟类观测站鸟类环志操作员的帮助。每年秋天，数以百万计的鸟类在前往越冬地的途中聚集在天文台附近——包括黑腹莺，这是一种在迁徙过程中飞行数千英里的小型鸣禽。在使用雾网捕获了 20 只黑尾莺和 44 只黄腰莺(一种较短距离的候鸟)后，Elowe 和他的同事随后将这些鸟儿运送到西部大学鸟类研究高级设施，该设施有专门为观察鸟类而建的专门风洞在飞行中。

Elowe 在飞行前测量了鸟类的脂肪和瘦体重，然后，当太阳落山时，让鸟类在风洞中自由活动。由于鸟类自然会在夜间迁徙，Elowe 和他的同事随后会保持清醒——在某个时间点，持续 28 小时——观察鸟类何时决定休息。届时，研究人员将收集这只鸟并再次测量其脂肪和瘦体重含量，并将其与飞行前测量值进行比较。

“最大的惊喜之一是每只鸟在选择结束飞行时仍然有大量脂肪，”Elowe 说。“但是他们的肌肉消瘦了。蛋白质，而不是脂肪，似乎是决定鸟类飞多远的限制因素。”

研究人员仍然不太清楚为什么鸟类在它们的旅程中如此早地燃烧如此大量的蛋白质，但可能的答案开辟了广泛的未来研究途径。

“到底是怎么可能燃烧你的肌肉和内脏，然后像这些鸟一样快速重建它们，”格尔森想知道。“这些鸟类可能会对新陈代谢的进化产生什么样的见解?”

Elowe 对颤抖感到好奇——在寒冷地区过冬的非候鸟通过颤抖来取暖。“这也是一项耐力壮举，”Elowe 说。“鸟类是否以同样的方式为它们的冬季颤抖法术加油?随着世界变暖，哪种应对寒冷的方法——颤抖还是迁移——可能是更好的生存选择?”