高科技的野生動物追蹤術

妮科爾·海瑟曼 鄢俊

一群白頰黑雁正排成“一”字型飛過法國康塔爾地區的中央高原。科學家們通過跟蹤器來追蹤這群大雁怎樣在歐洲中部和它們位于北極地區的繁衍地之間遷徙往返。

這是陽光明媚的一天，晴空萬里。上午10點左右，一架塞斯納小型飛機從康斯坦茨的停機坪起飛了。“11月第99號，起飛條件良好。請沿跑道中間走，避開兩邊的坑坑洼洼。”隨著導航員的指令，飛機開始在草坪上滑行，加速，然后逐漸向上爬升，直至飛過博登湖的博旦呂克半島上空。

賴興瑙島位于奧地利福拉爾貝格州東南部，正對著瑞士的圖爾高州。在這風景如畫的地區，常常能見到觀光飛機從空中駛過。但今天這架塞斯納飛機可不是為了觀光，而是背負著特殊的使命。它的機翼被安裝了一束天線，通過電纜與一種專用的儀器相連接。通過這一儀器，飛行員除了能監控電子地圖，還能隨時掌握發動機和導航設備的運行狀況。“我們正在針對國際空間站可能發生的一切進行演習。”馬丁·維克爾斯基說。本周，他傾注了畢生心血的工作成果將被帶上太空。通過此次太空之行，他將描繪出一幅巨型地球野生動物圖冊，展示各種鳥類的遷徙路線和昆蟲的活動場景，探明各種動物的棲息地和繁衍地。這幅圖冊將是地球生物多樣性減少的有力證據。此外，他也將揭秘野生動物獨具的一些天賦，比如它們如何提前預知火山爆發，或用針頭大小的大腦記住上千公里的遷徙路線等。

墨西哥瓜達盧佩島附近海域里的一只大白鯊科學家們在它的后鰭上裝上了加速度測試儀來觀察它的捕食過程，比如，看它在追捕海獅時是如何跳躍的。

逐漸失去領土的王者在北極地區，北極熊的統治地位不可撼動。但隨著北極圈冰層的逐漸消融，這些“極地王者”將面臨失去立足之地的危機，它們的命運將何去何從？它們和人類之間會發生更多沖突嗎？有了動物追蹤器，這一切就都有了答案。

在前往太空之前，國際空間站指揮官亞歷山大· 格斯特（左）專門為“伊卡洛斯”項目負責人馬丁·維克爾斯基和其中一只參與項目的烏鶇舉行了歡迎儀式。

在康斯坦茨，馬丁·維克爾斯基正在給一架馬克斯·普朗克研究所的賽斯納小型飛機加燃油，這架飛機是專門用來搜索鳥類行蹤的。

52歲的維克爾斯基是康斯坦茨大學的教授，也是博登湖畔拉多夫采爾馬克斯·普朗克鳥類學研究所的主任。他并不是飛行員，專門學習飛機駕駛只是因為工作需要。此刻，他正駕駛著塞斯納飛機在三國交界處找尋動物的蹤跡。在這之前，他和同事們已經想辦法在許多動物身上安裝了追蹤器，這些追蹤器發出的任何信號，他們都能通過儀器捕捉到。從飛機駕駛艙里，他就能定位到數公里以外的追蹤器，因此僅靠單引擎飛機就足夠完成這一任務了。

| 生物遙測 |

不過現在，維克爾斯基探查動物的視野范圍得到了極大的擴展。在哈薩克斯坦的拜科努爾，他和他的伙伴們用兩枚“聯盟號”運載火箭將一批高科技設備送往了國際空間站。目前正在國際空間站執行任務的是德國宇航員亞歷山大·格斯特和5名俄羅斯宇航員。國際空間站的外部表面積僅約一公頃，卻為新的科技提供了試驗場地。對于俄羅斯宇航員奧列格·阿爾捷米耶夫和塞戈·普羅科普耶夫來說，目前面臨的最大挑戰就是安裝并激活維克爾斯基這些動物追蹤器的天線，雖然天線的體積小，與之配套的空間站接收裝置體積卻很大，因此只能將天線裝在空間站的外表面上。越是微弱的信號，越要靠功能強大的接收裝置才能捕捉到。到本文完成編輯時，宇航員們還在執行這一任務。“伊卡洛斯”是太空輔助動物研究國際合作組織的簡稱。如果一切順利，92分鐘之內，“伊卡洛斯”項目的天線就能開始繞地飛行，執行所謂的“生物遙測技術”了。

10年前，維克爾斯基從美國回到德國時，已是生物遙測技術領域的頂尖專家之一。他的主要研究領域是如何使用無線電發射器、GPS接收器或者光傳感器來研究動物的遷徙和生活習性。用這些方式獲得的數據具有極大的科學價值，不僅能全面系統地展示氣候變化帶來的后果，還能監測許多與動物有關的疾病傳播。“伊卡洛斯”項目能探明地球生態棲位的減少狀況，預測自然災害。相關研究已經取得了一些成果，現在更是有了質的飛躍。由數百名研究人員建立的野生動物行為數據庫“Movebank”已經收集了大量相關數據。在這個數據庫里，你能找到帝王蝶的長途遷徙路線，看這一只小小的蝴蝶如何飛越3600公里的距離;能看到在德國筑巢的白鶴如何從撒哈拉沙漠以南一路飛到德國來;還能跟蹤飛速游動的白鯊和安靜的海龜，觀察大象和美洲虎……

埃特納火山是歐洲最為活躍的活火山，維克爾斯基的團隊在這里收集了大量的山羊腳印，發現每次在火山噴發前的幾個小時內山羊都會表現出躁動不安的跡象。由此，科學家們就能提前6個小時預測到火山噴發。位于西西里火山腳下的火山研究所希望能在明年將山羊的數據引入其預警系統。

以前，生物遙測只有專業人員才能做。在很長一段時間里，鳥類學家都只能通過往鳥兒腳上套標簽，來識別出其追蹤的是哪只燕子、哪只鶴，常常被追蹤的鳥兒已經死了，他們都還不知道。用隨身攜帶天線的方式，生物學家也常常要徒步走好幾天來追蹤一頭狼或者一只猞猁，并且只能用手工在紙質地圖上記錄方位。總之，生物學家們只能依靠自己的力量進行生物遙測。然而隨著近年來動物影片的走俏，觀眾更喜歡在大屏幕上觀看大雁的飛行。正是維克爾斯基等新一代高科技研究人員，讓每個人都有機會近距離觀察野生動物。每天都有越來越多的動物愛好者打開網絡攝像頭，觀看白鶴的生產過程。世界各地的愛好者都可以通過電腦或手機應用程序來追蹤北極熊、海龜和鯨魚的行跡路線。一只名叫瑪麗·李的鯊魚經常出沒在美國東海岸，雖然它的信號在2017年就已經消失在了大西洋上，但它在推特上仍擁有超過12萬名粉絲。

9月底，德國的生物學家們將乘坐火車陪同一個發燒友小分隊穿越阿爾卑斯山，探尋為何近年來全世界遷徙蝴蝶和鳥類的數量會如此急劇地減少，它們都在哪里棲息，都死于什么原因。此刻，維克爾斯基正駕駛著塞斯納小型飛機飛越一片布滿草地、田野、森林和蘆葦的地區。這是一塊鳥類棲息地，生活著杓鷸、海鷗、鸻科鳥、赤嘴潛鴨、黑鳶和鶴等珍稀鳥類。“這次我們要送去國際空間站的烏鶇，就來自這一地區。”他一邊說，一邊注視著筆記本電腦的屏幕，上面能看見每一只鳥的GPS定位，“這些就是烏鶇。每天10點，它們身上的跟蹤器就會開始發射信號，報告它們一天的行蹤。在這兒，能看到電池的電量。”這些烏鶇身上攜帶的追蹤器重量不超過5克，僅和一塊樂高積木差不多大。研究所認為，它們是目前最有研究價值的動物，所以計劃把它們送上太空。因此，烏鶇將成為第一種被送上太空的鳥，它們將有機會用全新的視角去俯瞰這個世界。

維克爾斯基說，到目前為止，生物學家研究的都只是單一的動物個體和生態系統，這對于像地球這樣復雜的生態網絡來說，意義不大。“伊卡洛斯”項目能夠讓我們有機會從整體上了解動物之間的相互聯系，從而更好地去理解生命本身。正如亞歷山大·馮·洪堡在200年前提出的那樣，應當從部分入手去了解整體。這位偉大的德國探險家和博學家一直被維克爾斯基視作精神偶像。明年，維克爾斯基計劃實施150個項目，將給美洲虎、海龜、果蝠以及更多候鳥配備跟蹤器。不過即使這樣，他對系統的使用也還遠遠沒有達到極限。畢竟，空間站安裝的天線能夠捕捉到多達1500萬只動物發出的信號。

參與“伊卡洛斯”項目的不僅有大量來自不同國家的生物學家、工程師和計算機專家，還包括一些組織機構，如德國航空航天中心和管理國際空間站數據及負責發射聯盟號火箭的俄羅斯航天局。要讓全世界190個國家一致同意給“伊卡洛斯”項目一個單獨的廣播頻率，可不是一件容易的事，這需要項目工作人員寫成千上萬封電子郵件，舉行無數場會談，做大量的協調工作。當然即使這樣，無線電信號還是難免會受到警察、軍隊和火警系統的干擾。為了順利推進項目，工作人員除了要有堅持不懈的精神和善于靈活處理問題的能力，還必須具備創造性思維。“如果一只鳥飛得很低，或停在某個地方，它的信號會從地面反射回來。”慕尼黑聯邦國防軍大學信號處理專業的教授安德雷亞斯·科諾普說，“反射回來的信號可能與原始信號重疊，就有可能會消失。我們知道可能會出現一些問題，但沒有人能夠提前預知是什么問題。唯一的解決辦法，就是盡快用別的途徑收集這些信號。”但是，能有什么途徑呢？經過多方努力，科諾普最終拿到了聯邦國防軍的許可，可以使用兩顆國防軍衛星來接收“伊卡洛斯”項目的信號。另外，慕尼黑方面還為維克爾斯基提供了一架無人機供他使用。就連信號的問題，也是科諾普的同事克里斯蒂安·霍夫曼費了很大的勁解決的。“‘伊卡洛斯是一個很有趣的項目。雖然一路經歷了不少風風雨雨，但馬丁·維克爾斯基是一個有勇氣的人，從不輕言放棄。”科諾普說，“盡管有時候需要用到一些非常規的手段，但是我還是非常樂意幫助他。”

然而，就連維克爾斯基這樣又有毅力又樂觀的科學家，也曾不止一次地陷入精神崩潰的邊緣。比如2018年2月13日，在拜科努爾航天發射場，“我們所有人都站在距離發射臺一公里的雪地上等待火箭發射，每個人都緊張地盯著表看。然而到了發射時刻，火箭點火啟動，呼呼地冒氣之后，就停在原地紋絲不動了。” 在火箭上方，升起一朵騰云。大批俄羅斯消防隊員和坦克部隊都趕緊趕過去。“我心想，天哪！火箭馬上就要爆炸了，我多年的工作心血要隨之付諸東流了！”還好，事后證明這只是一個小插曲。兩天之后，火箭還是成功發射了。

往國際空間站裝天線也是一項極為艱難的工作，宇航員要為此進行太空行走。太空行走是宇航員在太空執行的最困難也是最危險的任務，光是在氣閘艙穿上重達120公斤的宇航服，就要花去好幾個小時，之后還要安裝具有冷卻功能和供氧功能的生命保障系統，最后還得為宇航服加壓以保持壓力平衡，這些步驟每一個都很費時費力。因為空間站每小時的運行速度高達2.8萬公里，在進行太空行走時，宇航員為了防止飛離空間站，必須時刻沿著外墻走。每跨出一步，都要鉤住鉤環，并且絕對不能碰到身后的安全繩，因為安全繩是由薄鋼制成的，就如同剃刀刀片那般鋒利，碰到它的話，還不如被甩出去來得痛快。

| 病毒預警和感染源探究 |

為什么要冒這么大的險？做這么多的努力，難道僅僅是為了幾只小動物嗎？不，絕不是這樣。維克爾斯基說：“我們急切需要這樣一個系統來解決一些重大課題：為什么今天這么多野生物種在遷徙途中突然消失？禽流感和埃博拉病毒是如何傳播的？這些病毒的爆發就像圣經中預言的瘟疫一樣可怕，我們應當盡快找出答案。”

研究人員很早就知道，很多流感病毒都是由野生鳥類從亞洲帶到歐洲的。比如，一到冬天，成千上萬的野鴨和鵝棲息在湖里，而緊鄰的湖岸邊，如果還有農民在養殖家禽和豬，就是傳染病學專家所說的“完美的致病湯劑”，因為這種共存模式是最容易使人類和動物交叉感染病毒的。更可怕的是，在這一過程中還會不斷產生新的病毒變種。沒有人知道，下一波厲害的病毒又會在什么時候到達歐洲。如果家雞和火雞是圈養的話，病毒在短短兩周內就能迅速到達德國。而有了“伊卡洛斯”項目，科學家們就能知道，在從亞洲遷徙到歐洲的途中，有一群鴨子發燒了或者有一些動物死掉了，那么他們在這些動物途經的俄羅斯就能撿到它們的尸體，分析血液樣本中的流感病毒，從而提前發布禽流感預警。這就像龍卷風一樣，雖然沒有人能夠阻擋它的到來，但是如果人們能夠提前預知時間，至少可以在房子里躲避。

在非洲，人們也受益于“伊卡洛斯”項目。在加納和贊比亞，人們懷疑黃毛果蝠就是傳播埃博拉病毒的元兇，但是一直以來都只能在它們的血液中找到抗體，而找不到病原體。維克爾斯基和他的同事們化驗了100只黃毛果蝠的血液之后給它們安裝上了追蹤器，希望能夠通過它們，找出叢林中真正的感染源。

近幾十年來，世界糧農組織一直在致力于尋找蝗災起源地。現在，有了“伊卡洛斯”項目的幫助，這個謎題也能解開了。當遷徙到非洲的鶴喜食蝗蟲聞到大群蝗蟲的氣味，就會循著氣味去尋找蝗蟲所在地。這樣，如果哪一片沙漠上空突然出現了許多鶴，人們就能確定這一帶有大量蝗蟲。這是人類自圣經時代以來，從來沒有達到過的成就。

當然，在這一過程中，動物本身也應當受到更好的保護。畢竟，它們不是自愿替人類完成這些任務的，并且在短期內還要承受一定的壓力。本次維克爾斯基駕駛塞斯納飛行的任務已成功完成。此刻，他的一位研究所同事、生物學家葉思寇·帕太克正小心翼翼地握住一只烏鶇，避開它柔弱的爪子，把它放到秤上稱，89克，是一只強壯的雄鳥。這只烏鶇是他們5年前在法國南部孵化出來的，馬上將被安裝追蹤器，正式編號為EK98033。為了盡量不打擾動物本身的行為習慣，追蹤器的重量還不到動物體重的1/10。令人驚嘆的是，就是在這樣一個小小的追蹤器里，工程師們居然成功地塞進了GPS定位儀、加速度測試儀、方向傳感器、溫度傳感器、無線電裝置、兩兆存儲空間、電源以及太陽能電池。技術員安德烈亞斯·施密特迅速地將兩個橡膠圈套到EK98033烏鶇的腳上，調整了一下追蹤器，就松手放開了。烏鶇呱呱叫著飛入灌木叢里，消失不見了。它會飛回法國么？還是會停留在博登湖？

| 幫助保護自然 |

在自然保護方面，到目前為止生物學家一直在采取目測的方法，或僅僅通過在某地偶然目擊到某種動物，就確定了自然保護區的范圍。有了電子追蹤法，人們就能更容易地判斷出野生動物的長期棲息地在哪兒，從而更加精準地設立自然保護區。在德國，人們對野狼的恐懼也會減少一些，因為追蹤記錄顯示，大部分野狼從未進入過村莊或農場。同時，用電子設備追蹤野生動物還可能會改變我們與大自然的相處方式。那些一連幾個星期在網絡上追蹤年輕的鶴“喬納斯”是如何第一次遷徙到非洲的人，很有可能就會投身到保護它生存環境的事業中去，或者至少會想要了解更多關于白鶴乃至整個鳥類遷徙的信息。

拉多夫采爾的馬克斯·普朗克研究所最近將它的一個研究中心正式對中小學生開放了。在這里，孩子們可以近距離地接觸動物，比如抓住鼴鼠放到迷宮，或者幫助放生“伊卡洛斯”項目的烏鶇。這時候，孩子們就會提出各種各樣的問題，比如為什么被放生的都是年幼的小動物，為什么幼鶴從來不跟隨它們的媽媽飛去南方。這些問題很多都變成了馬克斯·普朗克研究所的研究項目，幾年內我們就會知道它們的答案。

[譯自德國《明星》]