长距离鸟类迁徙背后的惊人科学

黑莺可以不休息地飞行数千英里。学分：雪莉和布洛克芬顿（西方大学，伦敦，安大略省）。
马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员领导的一个科学家团队最近在风洞和一群鸟的帮助下做出了一个令人惊讶的发现。鸣禽中的许多每年进行两次，不间断飞行1000英里以上，从繁殖地到越冬地，它们在飞行初期通过燃烧大量脂肪和惊人数量的蛋白质来补充能量，这些蛋白质构成了包括肌肉在内的瘦体重。
这颠覆了传统观点，即认为候鸟只会在旅程的最后增加蛋白质摄入量，因为它们需要利用每一克的肌肉来拍打翅膀，而不是燃料。研究结果最近发表在《美国国家科学院院刊》上。
“鸟类是神奇的动物，”该论文的主要作者、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，“它们是极限耐力运动员;一只重达15克的鸟可以一次不停地飞100个小时，从加拿大飞到南美洲。这怎么可能？他们如何为飞行加油？
长期以来，生物学家认为鸟类通过燃烧脂肪储备来激发这种耐力壮举。事实上，脂肪是候鸟秘密组合的重要组成部分。“在我们的测试中，鸟类在整个飞行过程中以一致的速度燃烧脂肪，”Elowe说。“但我们也发现，它们在飞行的早期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减少。
“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Alexander Gerson说。“以前没有人能够测量鸟类的蛋白质燃烧到这种程度。
“我们知道鸟类会燃烧蛋白质，但不是以这个速度燃烧，也不是在飞行的早期，”格森继续说道。“更重要的是，这些小型鸣禽可以燃烧20%的肌肉质量，然后在几天内将其全部恢复。
为了实现这一突破，Elowe得到了安大略省伊利湖北岸Long Point Bird Observatory的鸟类带操作员的帮助。每年秋天，数以百万计的鸟类聚集在天文台附近，前往越冬地 - 包括黑莺，这是一种在迁徙过程中飞行数千英里的小型鸣禽。在用雾网捕获了20只黑鹦鹉和44只黄腰莺（一种距离较短的迁徙者）后，Elowe和他的同事随后将这些鸟类运送到西部大学的鸟类研究高级设施，该设施有一个专门的风洞，专门用于观察飞行中的鸟类。
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。由于鸟类在夜间自然迁徙，Elowe和他的同事会保持清醒 - 一度，28小时 - 观察鸟类何时决定休息。那时，研究人员将收集这只鸟并再次测量其脂肪和瘦体重含量，并将其与飞行前的测量结果进行比较。
“最大的惊喜之一是，每只鸟在选择结束飞行时仍然有很多脂肪，”Elowe说。“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程的早期就燃烧了如此大量的蛋白质储存，但可能的答案开辟了广泛的未来研究途径。
“究竟如何燃烧你的肌肉，然后像这些鸟一样迅速重建它们，”格森想知道。“这些鸟对新陈代谢的进化有什么见解？”
Elowe对颤抖感到好奇——在寒冷地区越冬的非候鸟通过颤抖来取暖。“这也是一项耐力的壮举，”Elowe说。“鸟类会以同样的方式为冬季颤抖咒语加油吗？随着世界变暖，哪种应对寒冷的方法 - 颤抖或迁移 - 可能是更好的生存选择？”
更多信息：Elowe，Cory R.，长时间风洞飞行揭示了短距离和长距离迁徙莺的蛋白质分解代谢随时间呈指数下降，美国国家科学院院刊（2023 年）。DOI： 10.1073/pnas.2216016120