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回家,人与鸟有诸多惊人的相似 精选

已有 1845 次阅读 2018-2-12 17:12 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦| 回家, 迁徙, 科学院

年关临近,春运开始,无数在外漂泊的游子归心似箭。对于漂泊在外的游子来说,外面的世界很精彩,可依旧“月是故乡明”。所谓的故乡是指出生的地方。人类有“每逢佳节倍思亲”,鸟类也会“故乡今夜思千里”。全球现存有近一万种鸟类,其中超过50%是候鸟。这些候鸟每年在固定时间、沿固定路线往返于繁殖地和越冬地之间。这个繁殖地——鸟类出生的地方,就是鸟类的“故乡”。用不了多久,鸟类大军也开始春季迁了,它们要回到出生的地方。


道阻且长,行则将至

前几日,我一个师弟,家住东北那旮旯,每到年关,他就感叹“行路难”,每次他都要做几天的火车。其实,他这点路程对于鸟类而言是微不足道。在2007年的春季,一只斑尾塍鹬从新西兰出发,在7天内连续飞行10300千米到达中国黄海北部,在鸭绿江口休息一个多月后继续迁徙,在6天内连续飞行6500千米到达位于美国阿拉斯加的繁殖地。这是目前已知的鸟类连续飞行距离的最远纪录,但并非最远的回家路。要论世界上最远的回家路当属北极燕鸥,它们回家一趟需要飞行40000千米,相当于在赤道上走一圈。这么长的距离,即便是做飞机,估计也得飞上50个小时。如果师弟知晓了鸟儿的回家之路,还会觉得远么?

路漫漫,不仅远,更是险。人类中张骞出使西域,苏武塞外牧羊,玄奘西游取经……无不是充满艰难险阻,如果没有坚强的意志,他们无法再次回到故乡。相比人类,鸟儿的归乡路有过之而无不及。鸟类中蓑羽鹤的归途堪比“玄奘取经”。成年蓑羽鹤体长在98 厘米左右,异常纤瘦,在鹤家族中体型最小。因体型娇小玲珑、举止娴雅、性情羞怯温柔,如闺中小姐,蓑羽鹤又被称为“闺秀鹤”。然而蓑羽鹤有闺秀之名,却无小姐之命!和唐三藏类似,蓑羽鹤(中国境内的部分蓑羽鹤)也要往返于中国和印度之间,它们夏季在中国繁殖,冬季在印度越冬。玄奘取经路上要行走十万八千里,经历九九八十一难。然而,蓑羽鹤路途之险,绝非西游之路可比。每年迁徙的季节,蓑羽鹤要经历重重艰难险阻。

在蓑羽鹤的迁徙路线中,东部那条路线是直接穿越世界上最高的山脉——喜马拉雅山脉。在穿越喜马拉雅山之前,蓑羽鹤需要穿过中国最大的沙漠——塔克拉玛干沙漠,那里一向被认为是生命的禁区。经过上千里的航程,穿越“死亡之海”后,蓑羽鹤的体力已经消耗了大半,中途的补充远不及路上的消耗。鹤群到了旅途中最后一个也是最危险的一个阻碍——喜马拉雅山脉,此时真正的危险才刚刚开始。为了到达南亚它们必须向这座高山发起挑战。冲顶时不幸遇到风暴和寒流,鹤群就不得不原路返。在喜马拉雅山脉北麓多停留一天,就多一份危险。运气不佳的时候,可能要停留时间更长。每耽误一天就多流失一份体力,减少一份成功的希望。在喜马拉雅山脉北坡,蓑羽鹤不仅是忍受天高、地寒,还面临天敌的威胁。据科学家估计,每年有大约5万只蓑羽鹤飞越喜马拉雅山,按这个比例,至少有1万多只蓑羽鹤会丧命归途。


蓑羽鹤 赵序茅 摄

路线的选择,能量的权衡

早在一个月前,我们实验室的人员就开始网上订票,计划着回家路线,可是路线就那么几条,选择的余地不大。这时候,一个师妹开始羡慕鸟儿,可以在空中自由的飞行,想怎么飞就怎么飞。善良的我不忍心揭开残酷的现实,如果师妹是鸟,她确实无需考虑飞行路线,她需要考虑的是能不能飞起来(不要问我为什么)。其实,鸟类的路线并没有她想得那么完美,苍天之大,可是能飞行的路线并没有多少。这就好比,航空路线,天空这么广阔,能随便飞吗?目前世界上有9条候鸟迁徙路线,其中经过我国的主要有3条:一个是西太平洋,主要是从阿拉斯加等到西太平洋群岛,经过我国东部沿海省份;第二条路线是东亚澳洲的迁徙路线,主要是从西伯利亚经过新西兰,经过我国中部省份;第三条路线是中亚、印度的迁徙路线,主要是从中亚各国到印度半岛北部,实际是从南亚、中亚各国到印度半岛北部,经过西藏,翻越喜马拉雅山,经过青藏高原等西部地区。看到没,中国之大,鸟儿迁徙的大路线不过三条(这里说得是大路,小路要多些)。


全球鸟迁徙路线 来自维基百科

既然选择了远方,别只顾风雨兼程,你还要先准备吃的。庄子逍遥游中,讲到出远门要备粮,“适莽苍者,三飡而反,腹犹果然;适百里者,宿舂粮;适千里者,三月聚粮。”古代人类在上路前要积累足够的粮食。鸟类更是如此,它们无法携带足够的食物,可是鸟儿有办法啊,它们可以把食物以脂肪的形式存储在身体内。鸻鹬类可从澳洲大陆跨越西太平洋直接飞到我国长江口。它们迁徙前体重可以达到平时体重的数倍。如果仅仅从储备能量的角度看,我师妹如果变成鸟,还是有优势的。

现代是交通日新月异,人类不需要多日备粮。千里之遥也可以朝发夕至。即便如此,在选择交通方式上,也是因人而已,准确讲叫“因财而异”。君不见,北京火车站上一个个背着大包小包赶路的农民工,他们为何不做飞机呢?很简单,省钱。君又不见,飞机场,那些老板精英们,各个气定神闲。他们不为何不做火车?很简单,省时间。在人类社会中,钱与时间之间存在一个权衡:没钱的人有时间,缺钱,坐火车;有钱人,不缺钱,缺闲,做飞机。在鸟类的世界中,它们不需要钱,但是需要能量,从某种程度上讲能量就相当于它们世界的钱。此外,鸟类世界依旧考虑时间,因为它们的繁殖周期是又规律的。因此,迁徙之前,鸟类也算一笔能量和时间帐,不同鸟儿自然采取不同策略。

迁徙时间和能量消耗是鸟类迁徙对策的核心,目前已经知的有:1)时间最短对策,相当于有钱人的选择,即鸟类缩短迁徙时间,以最快的速度完成整个迁徙过程。采取时间最短对策的鸟类一般在离开中途停歇地时携带尽可能多的能量,以减少在迁徙途中的停歇次数。因此,随着它们在中途停歇地能量积累速度的增加,其携带的能量也显著增加。人类中,老板节省下时间,可以干更多的事情,产更大的价值。同样,采取时间最短对策的鸟类能够尽早达目的地,从而占据高质量的栖息地。此外,缩短迁徙途中的时间,可以降低整个迁徙过程被天敌捕食的风险。2)总能量消耗最小对策,也就是穷人路线,采用该对策的鸟类通过减少在迁徙过程中的能量消耗,提高能量的利用率,从而使其在整个迁徙过程中消耗的总能量最小。采取总能量消耗最小对策的鸟类并不需要在离开中途停歇地时携带更多的能量,随着它们在中途停歇地能量积累速度的增加,其携带能量的增加较为缓慢。3)携带额外能量所消耗的能量最小对策,这种策略有些拗口,举个例子就好理解,这种策略相当于人类出行,尽量少带干粮,在火车上买。由于携带过多的能量储备将使体重大大增加,从而增加鸟类在迁徙过程中所消耗的能量。就像你出门带太多的东西上路,行动不方便,还累。因此采用该对策的鸟类通过减少携带的能量,从而使其在迁徙过程中携带额外能量时所消耗的能量最小。

路太远,中途需要休息

人类回家之旅,不仅需要备粮,有时还需要中途停歇/转车,尤其是那些路远的同学。对于鸟儿,中途停歇就显得更加重要,那么远的距离,很多时候不能一次性到达,因为不是每只鸟都有北极燕鸥的本领,可以在空中一边飞一边捕食。它们需要停下来觅食休息,鸟儿中途的驿站就是迁徙停歇地,这对于它们至关重要。

许多鸟类每年在繁殖地和越冬地之间进行上万千米的长途迁徙。在迁徙过程中,鸟类所消耗的能量是其在迁徙以前身体所积蓄能量的数倍。为了完成长距离的迁徙,鸟类在迁徙途中需要在一系列的中途停歇地补充食物并积蓄能量,为下一阶段的飞行做准备。因此,中途停歇地是联系鸟类繁殖地和越冬地的枢纽,是它们迁徙途中的驿站。


凤头蜂鹰 来自维基百科

复旦大学马志军教授,对于鸟类迁徙停歇地有过系统的研究。他认为:“在迁徙过程中,鸟类花费大量的时间在中途停歇地补充能量,其能量的补充速度影响着鸟类的迁徙速度和迁徙方式,并决定着鸟类能否顺利完成整个迁徙活动。另外,由于鸟类在到达繁殖地的初期可能面临着严寒、食物缺乏等不利的环境条件,在中途停歇地储备的能量和营养物质对一些鸟类的成功繁殖也起到至关重要的作用。因此,中途停歇地对于迁徙鸟类完成其完整的生活史过程具有重要作用。”举个例子,可以更好理解迁徙停歇地的作用,如凤头蜂鹰从位于日本的繁殖地迁往位于印度尼西亚爪哇的越冬地时,先从东海或黄海进人我国大陆,再跨过海南岛经东南亚到达爪哇。此外,中国渤海湾是国际鸟类迁徙的重要驿站。每年无数从澳大利亚远到而来的鸟类再次经过短暂的修整,继续北上。然而,如今滩涂被开发污染,很多鸟儿找不到驿站。如同,一个走在茫茫荒野,没有食物,没有住宿,没有驿站。其境遇可想而知。

大人与孩子,一带一路

火车站上,许多大人抱着孩子,这些孩童在大人带领下就会慢慢知晓回家的路。鸟类中,迁徙是本能,但是迁徙之路,确是来自后天的学习。为了研究鸟类的迁徙,多少是基于本能,多少是基于后天的学习,美国科学家做了一个有趣的实验,这种实验在国人看来属于钱多烧(有钱多得、烧得)。


引导美洲鹤迁徙 来自维基百科

为了研究鹤的迁徙,科学家对美国威斯康辛州国家野生动物保护区的一个美洲鹤种群进行长达8年的跟踪观察,这在过年估计难以申请到经费。由于这群鹤是人工养殖的,到了迁徙的时候,它们也蠢蠢欲动,也知道秋季往南,春季往北,可是世界那么大,它们不知道走那条路线。当然,自然状态下的美洲鹤是知道迁徙路线和目的地的。既然这群美洲鹤不知何去何从,那就教给它们。科学家们做了一个非常有趣的尝试,在美洲鹤出生后的第一个秋天,人类驾驶超轻型飞机带着这群鹤向南方迁徙。经过这么几次训练后,在后续的所有迁徙活动中,鹤群都没有飞机导航的情况下也能自由迁徙。这充分说明了鹤群后天学习的重要性。实验还没有结束,后面更精彩。

还是这群鹤,科学家对鹤群成员进行调整,给鹤群组成了不同的年龄结构,比如有的鹤群年长者为1岁,有的鹤群年长者为8岁。下面就是见证奇迹的时刻:通过数据分析得出迁徙鹤群中年龄最大者为1年时,该鹤群会偏离它们的路线约76.1 千米,而鹤群中年龄最大者为8年时,它们偏离其路线的距离仅46.8千米,这意味着7 年的迁徙经验可使迁徙能力得到约38%的改善。年长美洲鹤的社会学习在保持迁徙路线中发挥重要作用,在某个迁徙鹤群中如有年长、有经验的美洲鹤,可帮助该鹤群保持一个直线的路径飞往繁殖地。这也同时验证了我大舅经常挂在嘴边的一句名言:不听老人言,吃亏在眼前。


准备回家的孩子 来自360图库

人类中年长者有经验,能带路,而年轻者有速度,更有活力。下面的一句,我不说估计你也猜到了,鸟类也有类似的现象。美国的科学家,又是人家的研究,于2008-2015年,给83只金雕佩戴了卫星跟踪器,跟踪研究金雕的迁徙过程。结果很有趣:亚成年(年轻的)平均时速高于成年个体;成年个体虽然飞得慢,但是耐心好,每天飞行的距离是和亚成年是一样的。

自然很神奇,在回家的路上,人与鸟有诸多惊人的相似!当然,对于小弟而言,回家不过是换个地方干活!

注:原文发在科学大院

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