遷徙科學(xué)的奇妙歷史

《飛行之路》詳細(xì)介紹業(yè)余觀鳥者和喜愛鳥類的科學(xué)家如何還原鳥類遷徙的真實故事。

在17世紀(jì)80年代，當(dāng)哲學(xué)家查爾斯 · 莫頓（Charles Morton）坐下來研究鳥類在哪里過冬時，他做出了一個非常離譜的猜測，直到今天仍是人們的笑柄：月亮。為何鳥類學(xué)家和觀鳥者會對鳥類遷徙這個一點也不離奇的主題產(chǎn)生疑問是《奧杜邦》（Audubon）撰稿人麗貝卡 · 海斯曼（Rebecca Heisman）所寫之書《飛行之路》（Flight Paths）的主題。這本書的重點不是旅程本身——盡管海斯曼擁有捕捉大規(guī)模奇跡的技巧——而是描繪旅程所需要的獨創(chuàng)性。

這本書著眼于遷徙科學(xué)的前沿工具，如氣象雷達(dá)、輕量級跟蹤器和遺傳學(xué)工具。海斯曼說：“我沒有意識到我要和那么多電氣工程師、計算機(jī)科學(xué)家和地球化學(xué)家交談。”

閱讀本書也能讓你感受到在樸素的實用性研究中獲取的樂趣。書中有為林鶯縫制挽具、擅長針線活的科學(xué)家，有坐在草坪椅上觀察夜行鳥類飛越滿月的研究人員，還有一群人“開著一輛改裝過的雪佛蘭旅行車并在車頂上的洞里伸出一根大天線，他們追了一只斯式夜鶇7個晚上。當(dāng)你在這一領(lǐng)域努力時，無論采用的是沒什么技術(shù)含量的觀鳥方式還是充滿了高科技的觀測手段，很明顯，你不需要正式培訓(xùn)就能成為一名鳥類學(xué)家。正如海斯曼所說，遷徙研究的歷史，往往是建立在熱心的業(yè)余愛好者、愛好鳥類的工程師和物理學(xué)家的工作基礎(chǔ)上的，他們?yōu)榻鉀Q老問題帶來了新工具。

海斯曼說：“并不是很多科學(xué)領(lǐng)域都有這樣的愛好者群體，我認(rèn)為鳥類學(xué)家和觀鳥者之間一直存在模糊的界限。”正是通過組織這種集體熱情，將世界各地的觀鳥者變成一個國際鳥類監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，人類才開始了解鳥類的大規(guī)模遷徙。

一部關(guān)于鳥類遷徙的簡史

如今，研究人員可以在鳥類飛行數(shù)千千米時追蹤它們的路徑。然而，事情并不總是這樣。讓我們一起回顧兩個多世紀(jì)以來人們對這一自然奇觀的理解。

鳥類遷徙是最令人著迷和鼓舞人心的自然現(xiàn)象之一，但科學(xué)家如何知道所有這些鳥類的去向？

從鳥類環(huán)志的起源，到基因組分析和微型發(fā)射機(jī)的高科技方法，鳥類遷徙研究的歷史幾乎與鳥類本身的旅程一樣迷人。《飛行之路》深入探討了這些技術(shù)背后的科學(xué)以及開發(fā)這些技術(shù)的人的故事。與此同時，你可以通過閱讀下文的時間里程碑，加深對鳥類遷徙研究的理解。

早期歷史

原住民文化衍生了一系列關(guān)于候鳥的傳說和故事。例如，阿拉斯加州的阿薩巴斯坎人講述了“烏鴉和雁妻”的故事，在這個故事中，烏鴉愛上了一只美麗的雁，但不能和“她”在一起。因為當(dāng)雁一家越過海洋向南遷徙時，烏鴉沒法跟上。

公元前4世紀(jì)，雖然亞里士多德在他的《動物志》（Historia Animalium）中正確地認(rèn)識到了鳥類遷徙的某些方面，但他假設(shè)燕子在裂縫中冬眠，一些在冬季和夏季看到的鳥實際上是不同羽毛的同一種鳥。

1555

受亞里士多德的啟發(fā)，瑞典牧師奧勞斯 · 馬格努斯（Olaus Magnus）提出燕子在湖底和溪流底部的泥中冬眠。這種誤解一直持續(xù)到19世紀(jì)。

1680

英國牧師兼教育家查爾斯 · 莫頓提出了鳥類遷徙到月球過冬的理論。盡管這在今天聽起來很荒謬，但他正確地推測出，鳥類可能會因為天氣變化和食物缺乏而遷徙到新的地區(qū)。他甚至還指出，身體脂肪可能有助于鳥類在旅途中維持生存。

1804

約翰 · 奧杜邦（John Audubon）把銀線系在灰胸長尾霸鹟雛鳥的腿上，并在它們第二年春天回到同一地區(qū)時認(rèn)出了它們——至少奧杜邦之后是這么聲稱的。生物學(xué)家和歷史學(xué)家馬修 · 哈雷（Matthew Halley）在2018年對此表示懷疑。他指出，1805年春天，也就是霸鹟回來的時候，奧杜邦實際上在法國。

1822

德國村民擊落了一只白鸛。這只鸛的脖子上插了一只長矛，而這只長矛所用的木材來自非洲。這只不幸的鳥被稱為“箭鸛”，它為洲與洲之間的遷徙提供了第一份具體證據(jù)。

1880

鳥類學(xué)家威廉 · 斯科特（William Scott）在普林斯頓大學(xué)天文系參觀時，得到了一次通過望遠(yuǎn)鏡觀看滿月的機(jī)會。他驚訝地看到候鳥在月亮表面映襯下的剪影。通過觀察，他粗略估計了這些候鳥的飛行高度。

1896

9月的一個晚上，歷史學(xué)家兼業(yè)余鳥類學(xué)家奧林 · 利比（Orin Libby）爬上威斯康星州麥迪遜郊外的一座小山上。在5個小時的時間里，他發(fā)現(xiàn)候鳥發(fā)出了3 800次鳴叫。許多鳴叫聲似乎是“那么人性化”。他后來寫道：“不難想象，它們表達(dá)了從焦慮、恐懼到友愛、喜悅的一系列情緒。”這些鳴叫最終被稱為“夜間飛行鳴叫”，并被用作監(jiān)測鳥類遷徙的一種方式。

1899

在丹麥，漢斯 · 莫特森（Hans Mortensen）在椋鳥的的腳上裝上了金屬環(huán)，以此來研究它們的運(yùn)動。鳥類環(huán)志開始被用于科學(xué)研究。

1909

在紐約市的一次會議上，美國鳥類學(xué)家聯(lián)盟的成員投票成立了美國鳥類環(huán)志協(xié)會，即美國地質(zhì)勘探局鳥類環(huán)志實驗室的前身。這一機(jī)構(gòu)的任務(wù)是監(jiān)督和協(xié)調(diào)全國范圍內(nèi)的鳥類保護(hù)工作。

1920

1918年，《候鳥條約法案》通過后，美國生物調(diào)查局接管了鳥類環(huán)志計劃。該機(jī)構(gòu)的弗雷德里克 · 林肯（Frederick Lincoln）運(yùn)用水禽的環(huán)志記錄提出“遷徙飛行路線”的概念——北美有四條主要飛行路線，至今人們?nèi)試@這些路線來組織鳥類保護(hù)工作。

1941

為英國政府工作的生物學(xué)家戴維 · 拉克（David Lack）和喬治 · 瓦利（George Varley）用望遠(yuǎn)鏡親眼確認(rèn)了一個神秘軍用雷達(dá)信號的來源是一群鰹鳥。這是雷達(dá)可以探測到飛鳥的首個具體證據(jù)，但這個想法并沒有被立刻接受。“在一次會議上，”拉克后來寫道，“在物理學(xué)家們再次嚴(yán)肅地解釋離子云一定是原因之后，瓦利接受了他們的觀點，但同樣嚴(yán)肅地申明，前提是離子被羽毛包裹著。”

1945

路易斯安那州立大學(xué)的鳥類學(xué)家喬治 · 洛厄里（George Lowery）證明一些鳥類確實是通過飛越墨西哥灣遷徙，而不是從墨西哥的陸地上空飛越。他在尤卡坦半島進(jìn)行的月面觀測為此提供了證據(jù)，而他的這一觀測手段受啟發(fā)于1880年斯科特最初的滿月觀測。

1947

奧利弗 · 奧斯汀（Oliver Austin）是一名鳥類學(xué)家，在第二次世界大戰(zhàn)后盟軍占領(lǐng)日本期間領(lǐng)導(dǎo)日本的野生動物管理工作。他描述了日本傳統(tǒng)的捕捉鳥類的方法：在竹竿之間系上絲網(wǎng)。這種裝置叫作“霧網(wǎng)”，后來很快成為鳥類學(xué)研究中捕捉鳴禽的主要方法。

1952

喬治 · 洛厄里和他的合作者鮑勃 · 紐曼（Bob Newman）承擔(dān)了一項大規(guī)模的工作。他們在整個北美洲大陸招募志愿者，以記錄秋季遷徙期間的月面觀測。紐曼寫道：“望遠(yuǎn)鏡在300多個地點投入使用，數(shù)以千計的人開始嘗試這種新的鳥類研究形式。到這個季節(jié)結(jié)束時，我們收到了來自美國每個州和加拿大除一個省外的所有省份的報告。”由于在沒有計算機(jī)的情況下分析如此大量的數(shù)據(jù)很困難，洛厄里和紐曼直到1966年才發(fā)表完整的結(jié)果。他們的工作提供了首個北美洲范圍內(nèi)的遷徙模式快照。

1957

伊利諾伊州自然歷史調(diào)查局的鳥類學(xué)家理查德 · 格雷伯（Richard Graber）和工程師比爾 · 科克倫（Bill Cochran）首次記錄了夜間的飛行鳴叫。他們將自行車軸與錄音機(jī)裝在一起，用1 800多千米長的磁帶記錄下了一整晚的遷徙。

1965

在伊利諾伊州，理查德 · 格雷伯用比爾 · 科克倫研制的微型無線電發(fā)射機(jī)給一只遷徙的灰頰夜鶇打上了標(biāo)簽。那天晚上，他乘坐飛機(jī)跟隨它飛行了640多千米。“我們每個人，有時都必須對人類，對我們已經(jīng)成為什么，對我們能做什么感到敬畏，”格雷伯后來寫道，“太空飛行、近距離的月球照片、太空漫步——這些都在某種程度上打亂了我們的想象。當(dāng)我（第二天早上）從北威斯康辛州向南飛行時，我正在思考這個問題，我剛剛目睹了另一個物種的另一種成就。”

1970

鳥類學(xué)家西德尼 · 戈斯羅（Sidney Gauthreaux）在喬治 · 洛厄里（George Lowery）的指導(dǎo)下攻讀博士學(xué)位。他發(fā)表了名為《鳥類遷徙的天氣雷達(dá)量化》的論文，這是第一個使用相對較新的天氣雷達(dá)技術(shù)對鳥類遷徙模式進(jìn)行的系統(tǒng)研究。

1973

比爾 · 科克倫沿著一只帶有無線電標(biāo)簽的斯氏夜鶇的遷徙軌跡，跟隨了1 500多千米。他乘坐一輛改裝過的旅行車，車頂上插了一個無線電接收器，花了一周的時間從美國伊利諾伊州行駛至加拿大曼尼托巴省。

1984

約翰霍普金斯大學(xué)的應(yīng)用物理實驗室首次使用Argos衛(wèi)星系統(tǒng)（于1978年發(fā)射，用以獲取海洋和大氣數(shù)據(jù)）對鳥類遷徙進(jìn)行現(xiàn)場跟蹤研究——在鳥類身上裝備衛(wèi)星發(fā)射器。天鵝和鷹是早期的實驗對象。

1994

英國海鳥生物學(xué)家羅里 · 威爾遜（Rory Wilson）用他自己發(fā)明的叫作“全球定位傳感器”的設(shè)備來追蹤覓食企鵝的活動。該設(shè)備使用古老的導(dǎo)航原理——只使用一個微小的光傳感器和時鐘——來計算和記錄鳥類的位置。這類設(shè)備后來被稱為“光級地理定位器”。

1996

加拿大科學(xué)家基思 · 霍布森（Keith Hobson）和他的同事在發(fā)表的一篇論文中證明，可以通過分析遷徙鳴禽羽毛中氘（一種罕見的氫同位素，在不同的地方含量不同）的含量來確定遷徙鳴禽的來源。

2000

美國取消了用來限制非軍事用途GPS定位精度的“可用性選擇”政策。鳥類學(xué)家很快開始制造GPS設(shè)備來追蹤鳥類的活動。

2002

康奈爾鳥類學(xué)實驗室推出了eBird——一個社區(qū)科學(xué)平臺。觀鳥者可以將他們觀察到的記錄上傳到這個數(shù)據(jù)庫，鳥類學(xué)家、生態(tài)學(xué)家和其他研究人員都可以訪問這個數(shù)據(jù)庫。目前，來自世界各地的點擊瀏覽已超過10億次。

2007

代號為“E7”的斑尾塍鷸被植入了一個衛(wèi)星發(fā)射器，以追蹤這種鳥在太平洋開闊水域的遷徙——它從阿拉斯加不間斷飛行至新西蘭，足足有11 000多千米！根據(jù)美國地質(zhì)勘探局的新聞稿，“這相當(dāng)于在紐約和舊金山之間來回飛行，然后再飛回舊金山而沒有著陸。”

2009

鳥類學(xué)家克里斯汀 · 魯格（Kristen

Ruegg）和湯姆 · 史密斯（Tom Smith）發(fā)起了鳥類基因圖項目，旨在繪制100種遷徙物種的遺傳多樣性圖譜。這將使鳥類學(xué)家能夠通過分析遷徙鳥類的DNA來追溯它們來自北美的哪個地方。

2010

康奈爾大學(xué)鳥類學(xué)實驗室的科學(xué)家們啟動了BirdCast的第二次迭代，這是一個利用氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)預(yù)測夜間特別激烈的鳥類遷徙活動的項目。最初的BirdCast項目由悉尼 · 戈斯羅于2000年創(chuàng)辦，由于當(dāng)時的技術(shù)限制，一年后就停產(chǎn)了。該項目的一個主要成果是鼓勵城市在大量候鳥可能出現(xiàn)時關(guān)閉破壞性夜間照明的舉措。

2012

Motus野生動物追蹤系統(tǒng)在加拿大推出，該系統(tǒng)使用微型無線電發(fā)射器和地面接收塔自動網(wǎng)絡(luò)。隨后十年，該系統(tǒng)追蹤了3萬多只動物（主要是鳥類）。

2014

輕型地理定位器證實了人們長期以來的懷疑，即白頰林鶯——一種體重與圓珠筆大致相當(dāng)?shù)镍Q禽——在秋季從新英格蘭到南美洲的遷徙中，在東大西洋上空不間斷地飛行了2 200多千米，歷時3天。

2018

夜間飛行項目是迄今為止最大的夜間飛行鳴叫監(jiān)測項目，在蒙大拿州的比特魯特山谷中，有50多個記錄站在運(yùn)營。由工作人員凱特 · 斯通（Kate Stone）和黛比 · 萊克（Debbie Leick）帶頭，夜間飛行項目將在隨后兩年內(nèi)記錄了超過10萬小時的數(shù)據(jù)。

2020

Icarus項目——一個全新的空間野生動物追蹤系統(tǒng)——在國際空間站上安裝接收器，開始運(yùn)行。該項目的監(jiān)管人員旨在提供更輕、成本更低的發(fā)射器，以及比以前使用的任何跟蹤器更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。