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無人機弱爆了！這隻巴掌大的小鳥，能連續飛行1000公里！

2021/12/25

作者：盧平

在黑科技層出不窮的時代，無人機似乎已經不是什麼高端設備了。隨便在網上搜一個知名品牌的新款產品，一個巴掌大、300克重的小玩意兒，能在空中飛行15分鐘…… 這個性能，也許對於人類來說是一定成本下相當不錯的成績了。然而說起高性能的飛行，我們可能不得不承認，大自然有著更好的解決方案，甚至能——以7厘米長、4克重的身軀，不間斷飛行20小時，跨過寬度接近1000公里的墨西哥灣。

就是不才在下，嗯。圖片來源見水印

這就是今天物種日曆的主角紅喉北蜂鳥（ruby-throated hummingbird,Archilochus colubris），是雨燕目蜂鳥科的普通一員。

紅配綠，也是可能好看的

蜂鳥科是雨燕目下最大的一個類群，包括300多種蜂鳥，其中體型最小的只有5厘米長，全部生活在美洲大陸上，大部分分佈在拉丁美洲。繁殖期的紅喉北蜂鳥分佈在美國東部，是美國境內分佈最廣的蜂鳥種類。

海克爾的《自然界的藝術形態》中描繪了多種蜂鳥，看到我們的紅喉北蜂鳥了嗎？圖片：Wikipedia

紅喉北蜂鳥擁有著蜂鳥的典型個頭：體長不超過9厘米，翼展在8到11厘米之間，體重平均3.6克。成年個體背側以金屬光澤的綠色為主，兼有黑色，腹部灰白。

來感受一下到底有多小。圖片：Daphne Kinzier / FLPA

它們得名於雌雄個體間最顯著的外表差異：成年雄性有著艷麗的紅寶石色喉部。這種紅寶石色是典型的結構色，來自於羽毛內部細小結構對光線的折射。講真，這可能是我所知道的最養眼的紅配綠組合，金屬光澤充滿視覺衝擊力和拉美風情，簡直是對俗世性冷淡風色彩搭配的激情宣戰。

雄性喉部特寫。圖片來源見水印

雌性紅喉北蜂鳥。「說這個角度顯腿長的放學別走。」圖片：Tim Ross / wikipedia

小短腿特技飛行師

這樣絢麗的外表是不是只應天上有不似在人間？然而正如前面所說，紅喉北蜂鳥的飛行技能恐怕更加夢幻：懸停在空中取食花蜜、倒飛等等對它們來說都不在話下。作為美國東部唯一的蜂鳥種類，明明可以靠臉吃飯的它們，每年冬天還會進行長達3000公里的遷徙，到中美洲地區越冬；開春再飛回美國東部地區繁殖。在遷徙過程中，不少紅喉北蜂鳥會選擇跨過墨西哥灣，從墨西哥的尤卡坦半島一口氣飛行20個小時到達美國東南沿海。

紅喉北蜂鳥分佈範圍，綠色為繁殖地，藍色為越冬地，黃色是遷徙可能經過的地區。圖片：Wikipedia

雨燕目的成員們似乎都對特技飛行情有獨鍾，同一個目下的雨燕們也是可以在風中睡覺、邊飛邊交配的飛行高手。蜂鳥們毫不遜色，在兩千萬年的演化史中，它們把自己變成了一架精巧的迷你飛行器。值得吐個閑槽的是，和我們介紹過的雨燕一樣，蜂鳥也是小短腿——雨燕無法在水平面起飛，而蜂鳥在樹枝上也只能拖著腳走。兩位高手為了飛行而錙銖必較的特化適應可見一斑。

停在樹枝上的小短腿，看起來就像沒有腿一樣。圖片：Scott Leslie / Minden Pictures

靈活的翅膀和大腦

飛行的法寶當然是翅膀。一隻紅喉北蜂鳥每秒鐘扇動翅膀可達60次，產生出昆蟲振翅一樣的嗡嗡聲。它的翅膀結構特殊，肱骨 (就是翅根里那根骨頭) 和腕關節 (就是翅中和翅尖的連接處) 非常靈活，尤其後者可以大角度翻轉，就像我們平時翻手掌一樣。這個動作讓蜂鳥的飛行動作更像是昆蟲而非鳥類，在前後扇翅的每個瞬間都能提供升力，效率高靈活性大，也是蜂鳥可以向任意方向隨時機動的基礎。

可對比加拿大雁、蜂鳥和小豆長喙天蛾的飛行動作分解示意圖。紅紫色軌跡是翅膀向腹面扇動，橘黃色是翅膀向背面扇動。蜂鳥和天蛾明顯更像。圖片：tabletopwhale.com

紅喉北蜂鳥的飛行走的是精準路線，在風洞的渦流中依然可以保持頭部的懸停狀態。它們的視覺系統足夠強大，可以捕捉到視野內物體極微小的相對運動，來判斷自己是否需要調整姿態以保持位置不變。而神經學的分析表明，蜂鳥大腦中接收視網膜運動信號的細胞群可以對各個方向的運動作出響應，指導身體作出相應動作，而其他鳥類只偏重於向前方運動的信號響應。

雌性紅喉北蜂鳥在餵食器前的輾轉騰挪。圖片：Gary Bridgman / wikipedia

為了飛翔，吃吃吃

靈活的翅膀和靈敏的神經系統二者都是耗能大戶，一隻體重不到雞蛋十分之一的蜂鳥，如何保證不會飛著飛著「電量」不足呢？

正在懸停的雌性紅喉北蜂鳥，可是很費勁的。圖片：Dan Pancamo / flickr

其實，蜂鳥的代謝恐怕才是特技飛行背後最驚人的環境適應特性。大部分蜂鳥的主食是簡單粗暴高糖分的花蜜，輔以捕食昆蟲來補充蛋白質等營養和撫育幼鳥。在非繁殖季的白天，蜂鳥基本只有訪花吸蜜和蹲著消化兩個狀態，吃進肚裡的花蜜幾分鐘后就可以在肌肉里燃燒供能。為此，哪怕在靜止狀態，紅喉北蜂鳥依然有著每分鐘1260次的心率和250個呼吸循環（正常人類每分鐘心率約80次，呼吸循環約20個）。飛行時，蜂鳥肌肉中的氧氣消耗率可以達到人類運動員水平的十倍以上。

雄性紅喉北蜂鳥訪花，注意由於角度原因，喉部看上去是黑色，這是結構色的特徵。圖片來源見水印

除了昆蟲之外，蜂鳥的這個代謝供能的速度在動物界傲視群雄。然而你很難想象一隻蟲子飛越墨西哥灣，這就說到了蜂鳥的又一個神奇之處——供能方式可以自由切換。餓了一夜之後，清晨起飛的蜂鳥靠體內儲存的脂肪代謝產生能量，但每天傍晚都會用吃到的糖進行脂肪合成，「充好電」第二天照常「開機」。遷徙途中，當面前是一望無際的墨西哥灣時，蜂鳥默默低頭狂吃，在體內儲存40%的脂肪，大概是兩克的樣子，就是這趟直飛旅程的燃料了。對人類來說，兩克脂肪，只夠垂直爬高15米而已。

有人訓練蜂鳥在一堆氦氣泡泡中飛行，氣泡的運動顯示蜂鳥會在身體下方形成渦流產生升力。圖片：Peter Halasz / wikipedia

獨來獨往的幸運精靈

外表美麗熱情的它們，其實習慣獨來獨往的自由生活。由於一時餓著就有性命之虞，紅喉北蜂鳥領地性很強，會攻擊到自家地盤蹭花蜜的其他蜂鳥。在繁殖季，雄鳥也會先佔據一塊領地，然後表演特技飛行撩妹，撩到手辦完事就去找下一個機會，只留下雌鳥做窩產卵撫養孩子。但可能佔地繁殖耗能太大，雄性紅喉北蜂鳥壽命很難超過五年，而雌鳥可以活到七歲。

「不要在意你爸，他飛得還不錯，但是死的早。」圖片來源見水印