科技资讯 2023-04-18 20:09

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的帮助下有了惊人的发现。

许多鸣鸟每年进行两次不间断飞行,从繁殖地飞到越冬地,飞行距离超过1000英里。在飞行初期,它们通过燃烧大量脂肪和蛋白质来为自己补充能量,这些蛋白质构成了包括肌肉在内的瘦体重。这颠覆了传统的观点,认为迁徙的鸟类只在旅途的最后阶段才会增加蛋白质的消耗,因为它们需要使用每一盎司的肌肉来拍打翅膀,而不是燃料。研究结果最近发表在《美国国家科学院院刊》上。

“鸟类是一种神奇的动物,”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科里·埃洛维(Cory Elowe)说,他在那里获得了博士学位。一只半盎司重的鸟可以不间断地从加拿大飞到南美洲,一次扇动翅膀长达100小时。这怎么可能呢?他们如何为飞行提供燃料?”

在很长一段时间里,生物学家认为鸟类是通过燃烧脂肪储备来获得这种耐力的。事实上,脂肪是候鸟秘密组合的重要组成部分。埃洛说:“在我们的测试中,鸟类在飞行过程中燃烧脂肪的速度是一致的。”“但我们也发现,它们在飞行的早期以极高的速度燃烧蛋白质,随着飞行时间的增加,它们燃烧蛋白质的速度逐渐减少。”

“这是一个新的见解,”这篇论文的资深作者、马萨诸塞大学阿默斯特分校生物学副教授亚历山大·格尔森说。“以前没有人能够测量鸟类的蛋白质燃烧到这种程度。”

格尔森继续说:“我们知道鸟类燃烧蛋白质,但不是这样的速度,也不是在飞行的早期。”“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,埃洛在安大略湖北岸的长角鸟类观测站得到了鸟类绑带操作员的帮助。每年秋天,数以百万计的鸟类在前往越冬地的旅途中聚集在天文台附近,其中包括黑冠莺,一种在迁徙过程中要飞行数千英里的小型鸣禽。在用雾网捕获了20只黑尾莺和44只黄尾莺(一种距离较短的候鸟)后,Elowe和他的同事们随后将这些鸟运送到西部大学鸟类研究先进设施,那里有专门用于观察鸟类飞行的专门风洞。

埃洛维在飞行前测量了这些鸟的脂肪和瘦体重,然后,当太阳落山时,让它们在风洞中自由飞翔。因为这些鸟通常在夜间迁徙,埃洛和他的同事们会在28小时内保持清醒,观察它们什么时候决定休息。那时,研究人员会收集这只鸟,再次测量它的脂肪和瘦肉质量含量,并将它们与飞行前的测量结果进行比较。

埃洛说:“最令人惊讶的是,每只鸟在选择结束飞行时都还有大量的脂肪。”“但他们的肌肉很瘦弱。蛋白质,而不是脂肪,似乎是决定鸟类能飞多远的限制因素。”

研究人员仍然不太清楚为什么这些鸟在旅途的早期就燃烧了如此大量的蛋白质,但可能的答案为未来的研究开辟了广泛的途径。

格尔森想知道:“究竟怎么可能燃烧你的肌肉和内脏,然后像这些鸟一样快速地重建它们呢?”“这些鸟类对新陈代谢的进化有什么见解?”

Elowe对发抖很好奇——在寒冷地区过冬的非候鸟通过发抖来保暖。“这也是耐力的壮举,”埃洛说。“鸟类也以同样的方式为冬季颤抖法术提供能量吗?”随着全球变暖,哪种应对寒冷的方法——发抖或迁徙——可能是更好的生存选择?”