认小鸟当娃、骑摩托遛鸟,什么工作这么有趣?

       在不列颠哥伦比亚大学的风洞实验室内,不同寻常的一幕正在上演:头戴面罩、身背“小背包”的斑头雁在努力扑棱着翅膀,身后还跟着一位“技术指导”。这是,在实验室赛鸟?

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       其实,这是生理学家在收集斑头雁飞行时的生理数据,他们希望了解这种鸟如何克服缺氧,在数千米的高空飞行。而让斑头雁们在风洞中飞行,这可不是一件简单的事。

       斑头雁养成计划

      斑头雁(Anser indicus)是非常优秀的高空飞行者,它们在迁徙中要经过喜马拉雅山脉,有明确记录的飞行高度可达7290米。喜马拉雅山脉附近空气稀薄,含氧量只有海平面附近空气的三分之一,所能提供的升力也下降了一半。人们一直很好奇,斑头雁究竟如何在这样的极端环境中飞行。

 

       先前几十年的研究发现,斑头雁调动了全身来适应低氧飞行。它们的肺部更大、血红蛋白的携氧能力更强、血管更密集、肌肉细胞中用于产生能量的线粒体更多并且靠近细胞表面,都使得斑头雁能够更有效率地输送、使用氧气。

 

为了进一步研究斑头雁的飞行性能,生理学家杰西卡·梅尔(Jessica Mair)想在风洞实验室重现高空的低氧环境,让斑头雁穿戴测量设备,收集各种数据。

 

        然而,野生的斑头雁并不会配合实验,实验设备只会让它们感到过度紧张。为此,梅尔不得不认养了12只斑头雁蛋,从小训练它们。

 

刚孵化不久的斑头雁幼鸟有印随行为,会把它们所见到的第一个移动的物体认作母亲。当这12只斑头雁孵化出来,就跟着它们的“梅尔妈妈”开始了不寻常的雁生。

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       梅尔细心照顾、喂养这些斑头雁宝宝,有时带着它们散步、嬉戏,还允许它们趴在自己身上打盹。当雁宝宝在梅尔身边扑棱翅膀的时候,她就在乡间的小路上开着小摩托,带它们进行飞行训练。有时,雁宝宝的翅膀会扫过梅尔的胳膊。梅尔说,每当这时,她眼中的斑头雁不仅仅是动物,更像是她的孩子。

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然而,再可爱的幼崽都会有让父母崩溃的时候,斑头雁宝宝也不例外。当梅尔遛鸟时,若迎面开来汽车,会吓得雁宝宝们立刻调头飞走。万一它们飞远了,视线所及没有梅尔,就会在人口密集的地方停下来,追着别人“认妈”。曾经就有一只斑头雁宝宝降落在了曲棍球场,追着运动员满场跑;还有一只飞进了杂货店,跟着进进出出的人玩自动门。这时候,操碎了心的老母亲只得驾着小摩托来把熊孩子们揪回家。

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        当斑头雁宝宝终于长大,梅尔把它们带到了不列颠哥伦比亚大学,这里的风洞尺寸刚好适合让斑头雁飞行。在风洞内,可以人工产生并调控气流。对斑头雁来说,风洞就像一个跑步机。梅尔给它们戴上呼吸面罩,面罩会源源不断地提供空气或者低氧含量的气体,以此来模拟海平面附近、5500米及9000米高空的环境。此外,面罩上还有两根管子用于监测它们飞行时消耗的氧气及产生的二氧化碳,用于后续计算飞行时的代谢率。斑头雁背着的“小背包”则可以监测它们的心率。

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       虽然梅尔精心驯养了12只斑头雁,但是它们毕竟不像狗那样容易训练。最终,有7只斑头雁不负梅尔妈妈的期望,在风洞实验中提供了丰富的数据。

 

或许有人会认为,随着氧气浓度降低,斑头雁会选择增加新陈代谢并传输更多的含氧血液。然而实验结果却恰恰相反:斑头雁是通过减缓新陈代谢来节约使用氧气的。梅尔猜测,斑头雁可能是改变了飞行模式,从而使得每次拍打翅膀的效率更高。此外,斑头雁还有可能选择性地让某些不那么重要的器官“停工”,将有限的资源用于飞行肌上。有些潜水动物,在潜到较深的、氧气较匮乏的地方时,也会用上这个小技巧。

 

除了新陈代谢速率下降之外,研究还发现,斑头雁在低氧飞行时,静脉血的温度会降低,有时能降低2℃多,而这可能也帮助斑头雁增加了血液中可携带的氧气量。

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       多亏了梅尔的斑头雁养成计划,才使得首次在风洞模拟中,全面测量斑头雁生理机能和代谢成本的研究得以顺利完成。

在养完斑头雁之后几年,生理学家梅尔经过训练成为了一名宇航员。就在最近,她飞到了更高的地方——国际空间站。她同时作为研究者和观察对象,在这段太空旅行中开始了新的生理学研究。

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作者: 云淡风轻

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