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御风而行:军舰鸟在空中一飞几十天,它们是怎么做到的?

“这世上有一种鸟,它只能一直飞,累了就睡在风里。”——写下这个鸡汤故事的人,他或许是受到了军舰鸟的启发。

在极限运动高手辈出的动物界,军舰鸟可以算得上是鸟类代表。它们是海鸟,但羽毛却不防水,没法在海上休息。在海上觅食时,军舰鸟常常在一飞就是数十天,可谓是真正的“生活在云端”。

飞行的军舰鸟。图片来自:Diego Delso

如此惊人的耐久力到底是怎么实现的?在很长一段时间里,军舰鸟的长时间飞行术对科学家们而言都是一个谜。而最近,发表在《科学》上的一篇论文揭示了军舰鸟的飞行秘诀——它们会巧妙地利用周围气流节省体力,条件合适时甚至能快速爬升数千米而不用挥动翅膀,可谓是真正的“驭风有术”。

军舰鸟的旅程

想要分析这些飞行能手的活动并不容易。研究者们花费了4年时间,对欧罗巴岛(Europa Island)上的近百只小军舰鸟(Fregata minor)展开了观察(顺便说,它们虽然叫小军舰鸟,但却一点都不小)。

欧罗巴岛位于印度洋,每年秋季,大量军舰鸟会来此繁育后代。等到第二年6月,西南季风来临,北印度洋上空吹起强劲的西南风。成年军舰鸟离开欧罗巴岛,向北前往位于塞舌尔的栖息地,并以新家为据点开展捕食活动,一次外出最多可持续48天。刚刚告别雏鸟时代的小军舰鸟们则与父母分道扬镳,穿过赤道后继续一路向东,环绕整个印度洋。

一只小军舰鸟的独立之旅。离开出生地欧罗巴岛后,它飞越印度洋抵达苏门答腊岛,随后折返抵达查戈斯群岛,最终在科斯莫莱多环礁失去联系。长达185天的记录时间中,它只休息了3.7天,总飞行距离超过5万公里。图片来自原论文

科学家给这些军舰鸟配备了各种装置,其中既有用于确定大范围运动轨迹的太阳能卫星信号发射器及GPS设备,也有用于测量空间加速度、振翅活动、心率和温度的记录仪。有了这些装备,人们终于得以了解军舰鸟漫长的空中旅程。

乘风而上,超低能耗

卫星定位数据表明,军舰鸟的飞行路线很有规律,而这种固定的飞行路线也反映了它们对气流的巧妙利用。

受到南北两侧信风气流的影响,赤道附近会形成一个周围强风强对流、中间无风的地带,也就是“赤道无风带”。成年军舰鸟在觅食时往往会选择围绕赤道无风带顺时针飞行,这样一来,它们就能搭乘上无风带周围的顺风轻松前进。而雏鸟也很快掌握了同样的技巧。研究者指出,这种固定的飞行路线很有可能是与基因相关的,雏鸟在独立之后能够直接飞往距离出生地数千公里的赤道无风带,并在最适合长时间飞行的环境下完成它们的跨洋旅行。

通过进一步分析繁殖季成年军舰鸟的觅食行为,研究者发现,军舰鸟对大气活动的驾驭还不仅是“搭顺风车”那么简单。借助风力,它们能用超低的能量消耗完成长距离的空中移动。

一只成年军舰鸟在2015年5月完成的觅食之旅,它从欧罗巴岛(左侧红点)出发,围绕无风带飞行,中途在查戈斯群岛(右侧红点)歇脚,最终返回欧罗巴岛,黑点连成的轨迹便是它的行动路线。图中不同颜色代表不同的风速,箭头代表风向,白色区域便是赤道无风带。图片来自原论文。

在为期2到15天的觅食活动过程中,军舰鸟绝大多数时间都在空中滑翔,由于无需挥动翅膀,滑翔消耗的能量其实很少,新陈代谢率也非常低。而真正耗费体力的捕食活动只会间歇性出现,仅占据全部出海时间的10%左右。

军舰鸟之所以能够通过滑翔完成长距离飞行,其秘诀便是“乘风而上”。赤道无风带周围的强对流区域容易形成积云,而积云下方的上升气流便成为了军舰鸟的动力来源。它们在上升气流和侧向季风的双重作用下一边盘旋一边爬升高度,达到积云底端后转而滑翔下降,运气好的话刚好能赶上下一波上升气流再度起飞,整个运动轨迹有如过山车。

乘风而上, 借力滑翔,军舰鸟“过山车”式的飞行轨迹。图片来自原论文

上升气流的分布很难预测,如果错过了下一波上升气流,军舰鸟就不得不多费体力主动飞行了。针对这一难题,擅长偷懒的军舰鸟也自有对策:每隔一段时间,它们便会进入积云内部,顺着更加强力的上升气流一口气爬升1000米以上,最高纪录甚至达到了4120米。起点越高,通过滑翔实现的水平移动距离越远,找到下一波上升气流的机会也就更多了。数据表明,从4000米高空滑下的军舰鸟能够轻松前进60公里。

就这样,凭借大范围的季风活动和局部对流,将节能贯彻到底的军舰鸟得以在海面长时间飞行,并将宝贵的能量用在不多的捕食行动上。

“住在风里”的生活看起来潇洒,但其实困难重重,数千米高空的低温缺氧对身为热带鸟类的军舰鸟来说是不小的生存挑战,近年的气候变化更是一个坏消息。研究者指出,由于自身飞行活动对大气运动的依赖,军舰鸟对环境变化格外敏感。根据现有气候模型的预测结果,热带风暴以及赤道附近对流将愈演愈烈。变化的气候将对军舰鸟造成哪些影响?这值得我们密切关注。(编辑:窗敲雨)

参考资料:

  1. H. Weimerskirch, C. Bishop, T. Jeanniard-du-Dot, A. Prudor, G. Sachs. Frigate birds track atmospheric conditions over months-long transoceanic flights. Science, 2016; 353 (6294): 74 DOI: 10.1126/science.aaf4374
The End

发布于2016-07-07, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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Alulull

神经科学博士生

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