大黄蜂可以在海拔5600米高度飞行,研究结果发现大黄蜂能在9000米空中飞行。今天《自然》有篇新闻,题目是《大黄蜂可以飞越喜马拉雅的高度》,介绍一篇关于大黄蜂耐受缺氧的研究,采用低压舱模拟高度,结果发现大黄蜂可以在高度为9000米中飞翔,这个研究结果十分令人吃惊。被介绍的论文刚刚发表在Biology Letters。
高山大黄蜂能在9000米高空悬停飞行,这一高度已经超过世界上最高的山峰喜马拉雅山的珠穆朗玛峰。高空和海平面最大的区别是空气密度低,在一定范围内大黄蜂飞行不会有影响,如果高度太大,空气密度非常低,对大黄蜂应该是巨大的挑战。但大黄蜂在高空飞行时,可通过调整翅膀展开的宽度达到这一目的。
加拿大不列颠哥伦比亚大学研究动物飞行的Douglas Altshuler教授说,他读到这个论文的第一反应是“大黄蜂可飞翔如此大的高度,简直是不可思议”。尽管研究是采用高压模拟舱,不同于实际高空的情况,例如没有低温和强辐射等问题,但这一飞翔高度仍让人无法想象,研究结果也令人信服。
大黄蜂经常可在4000米高空活动,甚至在高达5600米高空也能发现其足迹。高空飞翔最严峻的问题之一是空气密度,因为空气密度低,动物在煽动翅膀时,产生的举力会相应降低,另一个问题是氧气分压下降,这对动物的代谢产生很大影响。所以,人类几乎不可能在9000米高空长期生存,其他许多动物也很难到达这一高度,但动物能耐受恶劣环境的能力可能远远超过我们的理解。
这一研究的作者是两个动物学家,一个是怀俄明州大学的Michael Dillon,另一个是加州大学的Robert Dudley。开展这一研究的目的,是希望从空气动力学和生理学角度检测大黄蜂的飞行极限。在中国四川山区工作期间,这两兄弟在海拔3250米高度捕获了5只雄性大黄蜂(Bombus impetuosus),他们突发奇想,看这些小兄弟到底能在多大高度正常飞翔。
于是将这些小兄弟放在树脂玻璃舱内,采用负压抽吸将舱内降低,模拟高空空气稀薄的情况,通过每次增加500米高度间隔,逐渐降低舱内压力。所有5只雄性大黄蜂可在7400米高度的低压环境中悬停飞行,其中3只可以达到8000米,2只甚至可以在9000米高空正常飞行。
这些大黄蜂为什么有此神功?
Dillon和Dudley对这些动物的视频资料进行认真分析,结果发现,这些大黄蜂在高空飞行的时候并没有改变翅膀煽动频率,而是依靠增加翅膀伸展的宽度来增加飞行举力。解决在高空飞行只有通过提高翅膀煽动频率或增加翅膀展开的宽度,但提高频率会增加能量消耗,增大翅膀展开宽度能节省能量。动物聪明地选择了后者。
当然这个研究不等于这些动物真的可以在珠穆朗玛峰飞行,因为在高空除空气密度降低氧气分压小以外,温度也是巨大的挑战,而且这可能就是这些动物不继续增加飞行高度的真正原因。问题的关键是这些高山大黄蜂为什么要进化出这样神奇的高空飞行功夫?Dillon怀疑这应该有其他目的,例如逃脱天敌的袭击,运输更重花粉的能力,强大飞行能力可能不只是为高度而进化,可能是为提高负荷能力而进化。
Altshuler也同意这个疑惑,到底为什么动物要进化出这种特殊的飞行功夫,真正原因并不清楚。