布倫丹·博雷爾

一只安氏蜂鳥(niǎo)懸浮在空中，從投喂器中取食;前方的螺旋背景可以使它產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)錯(cuò)覺(jué)。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)旨在展示蜂鳥(niǎo)的飛行對(duì)于視覺(jué)的高度依賴(lài)。當(dāng)螺旋板轉(zhuǎn)動(dòng)、使蜂鳥(niǎo)誤以為自己在貼近時(shí)，它換上“倒車(chē)檔”向后飛，嘴從喂食器中脫出。

飛行視野通過(guò)追蹤這只安氏蜂鳥(niǎo)在隧道中的飛行軌跡和速度——洞壁上投射不同顏色、紋樣的背景圖案——溫哥華英屬哥倫比亞大學(xué)的研究者希望進(jìn)一步了解蜂鳥(niǎo)在飛行中對(duì)眼前世界的感知方式。距推測(cè)，鳥(niǎo)類(lèi)通常會(huì)察知視野中物體的高度，例如圖中的平直光帶，從而避免空中撞擊。

為了追尋世界上最小的鳥(niǎo)類(lèi)，我們來(lái)到古巴帕爾派特一幢粉紅色房子的后院。鳥(niǎo)類(lèi)學(xué)家克里斯托弗·克拉克帶了整車(chē)的裝備，一樣樣卸貨：照相機(jī)、音響設(shè)備、用透明材料制成的正方體箱子。在這個(gè)五月的早晨，克拉克剛抵達(dá)幾分鐘，已忙得團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn)。他正試圖跟上一粒“長(zhǎng)翅膀的子彈”的軌跡，它正在幾蓬橙色花叢間倏忽來(lái)去——蜂鳥(niǎo)在花朵旁停頓、采蜜的時(shí)候，翅膀仍拍打不休，快得變成一團(tuán)人眼無(wú)法辨識(shí)的灰影。

即便以蜂鳥(niǎo)家族“小人國(guó)”式的尺度衡量，古巴的吸蜜蜂鳥(niǎo)也算得上袖珍了——它真是“世界上最小的鳥(niǎo)”，實(shí)至名歸。它泛著虹光的綠色身軀比一顆尋常杏仁重不到哪去。在古巴當(dāng)?shù)厮环Q(chēng)作“小尊尊”，這是用它飛動(dòng)的聲音來(lái)指代——顧名思義，它當(dāng)然比表親“尊尊”（古巴翠蜂鳥(niǎo)）還要小。

這鳥(niǎo)兒雖然身形微細(xì)，在會(huì)見(jiàn)自己領(lǐng)地上的異性訪客時(shí)卻能搞出很大陣仗。來(lái)訪的是一只秀氣的雌鳥(niǎo)——其實(shí)是克拉克放進(jìn)透明箱子、擱在一塊鐵皮屋頂上的。就算這只雄鳥(niǎo)注意到了對(duì)方身處囹圄的情形，熱情也并不稍減。它從棲身的枝頭騰起、浮空，向雌鳥(niǎo)的方位吐出一串顫音。

它振翅爬升，直到身影在云天的背景上縮成一個(gè)針尖。接著，就像過(guò)山車(chē)越過(guò)了軌道的頂點(diǎn)，它向前方疾沖，裹著風(fēng)聲撲向地面。轉(zhuǎn)眼間，這身小膽大的家伙又重復(fù)了一遍：爬升，俯沖，低掠。這樣的沖刺僅在一秒內(nèi)完成。然后它就消失了，所過(guò)之處樹(shù)葉顫動(dòng)，是它掠過(guò)時(shí)留下的唯一蹤跡。

我瞪大了眼睛想觀賞這次示愛(ài)之舞，卻啥也沒(méi)看清。

為了研究雄性吸蜜蜂鳥(niǎo)的求偶表演，科研人員捉住它們來(lái)測(cè)量體重和翅膀尺寸。這只鳥(niǎo)在電子秤上一動(dòng)不動(dòng)（上），是因?yàn)榉澍B(niǎo)被仰面朝天放倒時(shí)會(huì)暫時(shí)懵掉，但只要恢復(fù)站立片刻就又能生龍活虎。拍攝這些照片的過(guò)程中沒(méi)有傷害到任何鳥(niǎo)兒。

克拉克也看不清，但他做了比觀看更給力的事情。他用高速相機(jī)記錄了全過(guò)程，把每秒鐘的動(dòng)態(tài)分割成500幀畫(huà)面。從相機(jī)下載了蜂鳥(niǎo)俯沖的錄像——人類(lèi)以此等拍攝速度對(duì)此物種的首段視頻記錄——之后，克拉克在筆記本電腦上播放給我看，逐幀點(diǎn)擊著得之不易的畫(huà)面。此時(shí)我們才終于得見(jiàn)蜂鳥(niǎo)掩藏在高速動(dòng)作中的精彩絕倫的身姿。

八年來(lái)，克拉克四處旅行，從亞利桑那州的荒漠到厄瓜多爾的雨林再到古巴鄉(xiāng)間，專(zhuān)注記錄蜂鳥(niǎo)的求偶表演?；氐轿挥诩又荽髮W(xué)里弗賽德分校的實(shí)驗(yàn)室時(shí)，這位教授從拍到的錄像中探究蜂鳥(niǎo)飛行的奧秘。他的成果有助于增進(jìn)我們對(duì)動(dòng)物飛行的一般性理解，以及有關(guān)蜂鳥(niǎo)配偶體系的專(zhuān)門(mén)知識(shí)。

蜂鳥(niǎo)有著猶如火箭助推的動(dòng)作、珠玉般的衣冠，看上去就像血肉、羽毛和焰火的混合體。有些種類(lèi)的蜂鳥(niǎo)每秒可以振翅百次，每分鐘的心跳可以超過(guò)千次，連啜飲花蜜時(shí)的舌頭動(dòng)作都是近乎不可見(jiàn)的。在花園中或庭院的喂鳥(niǎo)處，它們定義了“一閃即逝的美”。如果能觀看它們的慢動(dòng)作、進(jìn)入蜂鳥(niǎo)的世界，即便只是片刻，又哪有人能抵擋這樣的誘惑呢？

振翅秘技大多數(shù)鳥(niǎo)類(lèi)只在向下拍打翅膀的時(shí)候才產(chǎn)生強(qiáng)勁升力，而蜂鳥(niǎo)浮空能力的奧秘就在于其近乎對(duì)稱(chēng)的振翅動(dòng)作——向上拍和向下拍的時(shí)候都能產(chǎn)生升力。研究人員用超聲波造霧機(jī)向這個(gè)空間注入微細(xì)的水霧，以便于觀察這只安氏蜂鳥(niǎo)每拍動(dòng)一下翅膀所生成的氣流渦旋。一次完整的振翅是把翅膀揮出90度以上，再反向揮回。

全速前進(jìn)在風(fēng)洞里放飛蜂鳥(niǎo)，能讓研究人員窺探高達(dá)每小時(shí)56公里風(fēng)速下的飛行動(dòng)力學(xué)奧秘。這只黑頦北蜂鳥(niǎo)在加州大學(xué)里弗賽德分校的實(shí)驗(yàn)室里幫忙解答一個(gè)問(wèn)題：求偶時(shí)的飛舞表演能否充分代表一只蜂鳥(niǎo)的身體能力？換句話說(shuō)，在雌性面前做出最華麗俯沖的雄鳥(niǎo)是否也能飛得最快？風(fēng)洞中灌入了一縷水霧以展現(xiàn)氣流動(dòng)向。

蜂鳥(niǎo)僅棲居于南北美洲。從阿拉斯加南部到火地島，其分布范圍內(nèi)共有約340個(gè)已知物種，其中27個(gè)見(jiàn)于美國(guó)。蜂鳥(niǎo)的多樣性集中體現(xiàn)于安第斯山脈北部——低地雨林、山頂云林以及位于兩者之間的諸多生態(tài)系統(tǒng)擁有290個(gè)蜂鳥(niǎo)物種。最小的個(gè)體還不到兩克重，而最大的，即見(jiàn)于秘魯和智利的所謂“巨蜂鳥(niǎo)”，體重也不過(guò)20克左右，在美國(guó)郵寄這個(gè)重量的物品只需要一張最低面值的郵票。

“世界上最小的鳥(niǎo)類(lèi)”只是蜂鳥(niǎo)占據(jù)的幾個(gè)響亮頭銜之一。它們還是世上唯一能不靠氣流助力而浮空30秒以上的鳥(niǎo)，唯一配有“倒車(chē)檔”的鳥(niǎo)——也就是說(shuō)，它們真能向后倒著飛。以及，它們是世上所有脊椎動(dòng)物中代謝率最快的紀(jì)錄保持者。2013年多倫多大學(xué)的一項(xiàng)研究推算出，假如蜂鳥(niǎo)的體型和普通人一般大，那么它們?cè)谡癯岣】諘r(shí)每分鐘都需要喝掉一罐多330毫升的汽水，因?yàn)樯眢w消耗糖類(lèi)的速度極快。怪不得蜂鳥(niǎo)會(huì)為了把一塊上等花田據(jù)為己有而與同類(lèi)展開(kāi)激烈空戰(zhàn)。

負(fù)責(zé)從花朵中吸蜜的舌頭是個(gè)特化器官，近乎透明，并且分成兩股盤(pán)起來(lái)的細(xì)管。蜂鳥(niǎo)飲蜜時(shí)，舌頭高速?gòu)梽?dòng)，英國(guó)博物學(xué)家威廉·查爾斯·林奈·馬丁1852年記錄道，花蜜“很快被喝干了，可能利用了毛細(xì)管吸力”。

加州大學(xué)伯克利分校博士后亞歷杭德羅·里科-格瓦拉拍攝了蜂鳥(niǎo)從喂食器和花朵啜飲的高速影片后，發(fā)現(xiàn)它們的分叉舌頭并不像剛性的吸管，倒更像棒球玩家的捕球手套。兩股細(xì)管會(huì)各自展開(kāi)，在百分之一秒內(nèi)撈起花蜜;然后蜂鳥(niǎo)閉嘴一夾，把蜜擠進(jìn)食道。19世紀(jì)的科學(xué)家只能靠猜測(cè)的事，21世紀(jì)的照相機(jī)卻可以纖毫不遺地呈現(xiàn)。

一般認(rèn)為對(duì)蜂鳥(niǎo)飛行過(guò)程進(jìn)行分析的初次嘗試發(fā)生于1930年代晚期的納粹德國(guó)。依靠“帝國(guó)教育影片辦公室”的支持，兩名德國(guó)鳥(niǎo)類(lèi)學(xué)家從某家軍方研究機(jī)構(gòu)得到了一臺(tái)能每秒拍攝1500幀的相機(jī)。他們用它拍攝了柏林動(dòng)物園中的數(shù)種南美蜂鳥(niǎo)?！凹{粹政府當(dāng)時(shí)正在研發(fā)最早的直升機(jī)，”曾擔(dān)任德國(guó)波恩的亞歷山大·柯尼希動(dòng)物學(xué)研究博物館鳥(niǎo)類(lèi)館長(zhǎng)的卡爾·舒赫曼說(shuō)，“他們想了解鳥(niǎo)類(lèi)懸浮空中的能力?！?/p>

拍到的畫(huà)面顯示，蜂鳥(niǎo)的飛行更近似蜜蜂或蒼蠅，而非其他鳥(niǎo)類(lèi)：它們的翅膀向上和向下?lián)]動(dòng)時(shí)都能產(chǎn)生升力。兩名鳥(niǎo)類(lèi)學(xué)家于1939年發(fā)表論文時(shí)，還將蜂鳥(niǎo)與德國(guó)的?？?烏爾夫直升機(jī)作了對(duì)比。

閃電饒舌透過(guò)玻璃容器可以看到這只安氏蜂鳥(niǎo)的分叉舌頭，它正在喝飼養(yǎng)者投喂的人造花蜜。為了獲取迅疾飛舞所需的能量，蜂鳥(niǎo)每天吃掉的花蜜量可能超過(guò)自身體重，它們的舌頭每秒鐘能做出多達(dá)15次啜飲動(dòng)作。為了讓捉來(lái)的蜂鳥(niǎo)保持健康，研究者在人造花蜜中添加了蛋白粉和其他營(yíng)養(yǎng)成分，即圖中可見(jiàn)的白色粉末。

美國(guó)的克勞福德·格林沃爾德則在反法西斯陣營(yíng)一方從事科研——作為最早制造出核武器的“曼哈頓計(jì)劃”的工程師成員。德國(guó)鳥(niǎo)類(lèi)學(xué)家的成果發(fā)表十幾年后，格林沃爾德接續(xù)了他們的研究線索。早些時(shí)候，他妻子瑪格麗塔在特拉華州的家中迷上了觀鳥(niǎo)，這份“蜂鳥(niǎo)發(fā)燒友”的狂熱也傳染給了他。格林沃爾德拍攝的蜂鳥(niǎo)照片最早發(fā)表于1960年11月號(hào)的美國(guó)《國(guó)家地理》雜志。

格林沃爾德對(duì)當(dāng)時(shí)現(xiàn)成的高速攝影機(jī)不滿意，于是自己著手組裝。他把拍攝場(chǎng)地設(shè)在自制的風(fēng)洞里，捕捉到蜂鳥(niǎo)在高達(dá)43公里時(shí)速下的飛行姿態(tài)。蜂鳥(niǎo)從浮空姿勢(shì)開(kāi)始加速時(shí)，格林沃爾德看到它們的翼面從原來(lái)的水平方向傾斜，轉(zhuǎn)為縱向，從而調(diào)整沖勢(shì)。

這批新照片具有突破性的意義，卻并未揭示蜂鳥(niǎo)的振翅何以能快到如此地步。通常，一條肌肉收縮越快，產(chǎn)生的力量就越小。那么蜂鳥(niǎo)如何制造足夠的升力來(lái)浮空呢？

2011年，美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)的泰森·赫德里克與同事們臨時(shí)拼湊出一套設(shè)備來(lái)解答這個(gè)問(wèn)題。他作為生物力學(xué)領(lǐng)域的專(zhuān)家，知道蜂鳥(niǎo)的翅膀與其最近的鳥(niǎo)類(lèi)親戚——雨燕也頗為不同。蜂鳥(niǎo)的臂骨較小，而大部分翼面由類(lèi)似掌骨的結(jié)構(gòu)支撐。為了“透徹”觀察最高速度下的翅膀動(dòng)作，赫德里克把一架每秒千幀的相機(jī)與X射線成像設(shè)備耦合起來(lái)。

之后，赫德里克按順序查看拍到的透視照片：翼骨的微小運(yùn)動(dòng)連成動(dòng)作模式，再形成連續(xù)的振翅，它的運(yùn)作就可以看明白了。他發(fā)現(xiàn)，蜂鳥(niǎo)并不是以肩部揮出一上一下的動(dòng)作，而是揮動(dòng)中帶有扭轉(zhuǎn)。這種調(diào)節(jié)使它們有了相當(dāng)于“高速檔”的機(jī)能，1毫米的肌肉運(yùn)動(dòng)幅度就足以驅(qū)動(dòng)翅膀揮出寬闊的弧線。

微小中的偉大與其他鳥(niǎo)類(lèi)（以鴿子為例）不同，蜂鳥(niǎo)能多向飛行，包括倒飛和側(cè)飛，拍打翅膀的頻率可高達(dá)每秒百次。它的大腦占體重的4.2%，從比例來(lái)說(shuō)是動(dòng)物界腦量最大的族類(lèi)之一。

高速相機(jī)一度是笨重的機(jī)械設(shè)備，不易操作，更難以運(yùn)送到觀察現(xiàn)場(chǎng)。如今它們可以放進(jìn)衣服的大口袋里，對(duì)研究蜂鳥(niǎo)的生物學(xué)家來(lái)說(shuō)就像望遠(yuǎn)鏡一樣不可或缺。這些相機(jī)捕捉到的信息量大得難以想象。克拉克拍攝的每秒500幀的視頻信息如果轉(zhuǎn)換成一般影院的放映速度，每秒鐘錄像都能容納一個(gè)15秒左右的電影橋段。

通過(guò)慢速播放，研究者們看到了生物學(xué)現(xiàn)象與物理學(xué)現(xiàn)象交錯(cuò)時(shí)的神奇畫(huà)面?！坝行〇|西你用肉眼是絕對(duì)觀察不到的。”克拉克說(shuō)，“用高速相機(jī)一拍，你就會(huì)覺(jué)得，‘天哪！那鳥(niǎo)兒原來(lái)是這么飛的？”

他說(shuō)，有些種類(lèi)的蜂鳥(niǎo)會(huì)在時(shí)速將近100公里的俯沖之中展開(kāi)尾部，發(fā)出一種鳴聲——不是來(lái)自聲帶，而是疾風(fēng)振蕩尾羽所致。在求偶表演中，有些蜂鳥(niǎo)物種的振翅頻率幾乎加倍，還有的只拍打一邊翅膀。當(dāng)安氏蜂鳥(niǎo)耍過(guò)一次俯沖特技再度爬升時(shí)，身體要承受約9倍的重力加速度——如果換了人類(lèi)的戰(zhàn)斗機(jī)飛行員，就算穿著特制的抗荷服也難免昏迷。

凌空越障在密林中，蜂鳥(niǎo)必須在枝葉藤蔓間穿梭而行，閃躲障礙。伯克利的馬克·巴杰在實(shí)驗(yàn)室里也營(yíng)造了這種飛行特技的演練場(chǎng)：讓蜂鳥(niǎo)飛過(guò)狹小的空隙（圖中是攝影師再現(xiàn)的場(chǎng)景）。為了鉆過(guò)一個(gè)橢圓形的洞，這只安氏蜂鳥(niǎo)使出了側(cè)飛技術(shù)，調(diào)整振翅角度以避免與障礙物接觸。為了在一幀照片中捕捉到動(dòng)作全程，閃光燈在0.4秒的曝光時(shí)間內(nèi)連閃了三次。

不畏風(fēng)雨為了填飽肚子，蜂鳥(niǎo)常常冒著傾盆大雨采集花蜜。這只安氏蜂鳥(niǎo)抖落雨水的方式和犬類(lèi)一樣，通過(guò)振蕩頭部和身體來(lái)完成。據(jù)加州大學(xué)伯克利分校的研究者測(cè)算，它扭動(dòng)一次身體只需四百分之一秒，頭部要承受34倍重力加速度。更了不起的是：蜂鳥(niǎo)即便在飛行中也一樣可以抖雨。

“蜂鳥(niǎo)有一身驚人本領(lǐng)，但構(gòu)成其身體的‘部件跟普通鳥(niǎo)兒是一樣的?！睖馗缛A英屬哥倫比亞大學(xué)的比較生理學(xué)家道格·阿特舒勒說(shuō)。所以研究它們的習(xí)性很有助于理解生物界普遍法則。

在一個(gè)夏日早晨，阿特舒勒謔稱(chēng)為“地獄”的房間門(mén)口亮起一道紅光。他的博士后同事羅斯林·戴金帶著一腦門(mén)子汗來(lái)迎接我們。屋里熱得像桑拿房，是被六臺(tái)LCD投影燈烤的，它們的作用是把一系列豎直光帶投射到屋內(nèi)架設(shè)的隧道壁上。隧道內(nèi)棲有一只雄性安氏蜂鳥(niǎo)，由上方排成圓陣的八架攝像機(jī)盯著。

戴金在試圖弄清蜂鳥(niǎo)的飛行控制機(jī)理。前人提出理論稱(chēng)，動(dòng)物大腦內(nèi)有種“巡航控制回路”，用來(lái)平衡自身在可視區(qū)域內(nèi)的穿行。蜜蜂是這樣，人類(lèi)也是這樣。我們開(kāi)車(chē)在視野開(kāi)闊的高速路上行進(jìn)時(shí)，很自然地就會(huì)開(kāi)到時(shí)速一百多公里，但如果來(lái)到樹(shù)木夾道的鄉(xiāng)間公路，你很可能會(huì)踩剎車(chē)。

蜂鳥(niǎo)顯然依靠另一套法則來(lái)行動(dòng)。戴金曾在一次實(shí)驗(yàn)中讓蜂鳥(niǎo)飛過(guò)她營(yíng)造的可稱(chēng)之為“視覺(jué)傳送帶”的隧道環(huán)境。令人驚異的是，當(dāng)洞壁的豎直光帶與它反向移動(dòng)（帶來(lái)加速的視覺(jué)幻象）時(shí)，它絲毫沒(méi)有放慢飛行。

此時(shí)，我們正盯著屏幕上輕微搖動(dòng)的一個(gè)綠色光點(diǎn)，那說(shuō)明蜂鳥(niǎo)仍蹲在隧道的暗處，基本在發(fā)呆。每過(guò)一陣子，它會(huì)突然騰空飛過(guò)一段隧道，但半路又折回來(lái)。“你指望它干啥它就偏不干啥的時(shí)候真是煩人，”戴金說(shuō)，“可是大部分時(shí)間都這樣?！?/p>

戴金相信蜂鳥(niǎo)對(duì)視野中的較大圖形持有本能的警覺(jué)，從而避免相撞。今天她嘗試在洞壁上投射較為復(fù)雜的圖案，包括一朵花（我看卻像貓王的發(fā)型）。為了測(cè)試蜂鳥(niǎo)的反應(yīng)，需要它飛過(guò)整條隧道，然而它一直跟戴金對(duì)著干。

突然它一聲?shū)Q叫，我看到屏幕上的綠點(diǎn)掠過(guò)隧道，在另一端的喂食器稍作停留，然后飛了回來(lái)。戴金樂(lè)了，看來(lái)這一天畢竟不會(huì)徒勞無(wú)功。她在電腦的命令行敲進(jìn)一串代碼，處理此次采集的數(shù)據(jù)。屏幕上，數(shù)以千計(jì)的坐標(biāo)匯集成彩虹色的圖案，那是對(duì)一只蜂鳥(niǎo)高速生活中漫長(zhǎng)的15秒的三維數(shù)據(jù)總結(jié)。

羽翼之力一只安氏蜂鳥(niǎo)在斯坦福大學(xué)一間特制箱室內(nèi)飛騰，里面的儀器能實(shí)時(shí)記錄每一次振翅帶來(lái)的微小壓力變動(dòng)。在該校的里弗斯·英格索爾和戴維·倫汀克設(shè)計(jì)出這套設(shè)備之前，研究者們只能用空氣動(dòng)力學(xué)理論來(lái)估算自由飛翔的動(dòng)物發(fā)出的力量。

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