斑頭雁在喜馬拉雅山脈每年兩次的遷徙中達(dá)到海拔高度而聞名。有追蹤顯示可以達(dá)到7270米，以及有登山者看到它們飛越海拔超過(guò)8000米的珠穆朗瑪峰周?chē)纳椒濉Ｄ壳案鶕?jù)科學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)斑頭雁的飛行高度，最高可達(dá)到9000米，直逼大型客機(jī)飛行的平流層海拔高度。

雖然人類(lèi)記錄的數(shù)據(jù)不斷刷新斑頭雁的飛行高度，但幾十年來(lái)，斑頭雁的高空飛行一直是生物學(xué)上的一個(gè)未解之謎。要知道，在海拔9000的高空，空氣無(wú)比稀薄，氣壓也低得出奇，氧氣濃度不足平原地區(qū)的30%，而人類(lèi)根本不能在8000米以上的高度長(zhǎng)時(shí)間停留。斑頭雁是如何做到輕松飛越珠峰高度的呢？

作為環(huán)境動(dòng)物生理學(xué)出身的美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）全女性航天員之一的Jessica Meir教授對(duì)斑頭雁高空飛行機(jī)理產(chǎn)生了濃度的興趣，于是開(kāi)始親自孵化、飼養(yǎng)并培訓(xùn)斑頭雁的飛行練習(xí)。

 終于，Jessica Meir教授于2019年elife雜志在線發(fā)表了斑頭雁高空飛行的研究成果“斑頭雁通過(guò)降低代謝率維持高空缺氧飛行Reduced metabolism supports hypoxic flight in the high-flying bar-headed goose(Anser indicus)"。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程在加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)工程系30米長(zhǎng)的風(fēng)洞中模擬5500米和9000米的海拔高度，然后給飛行訓(xùn)練后的斑頭雁帶上面罩通過(guò)FMS便攜式呼吸代謝系統(tǒng)測(cè)量風(fēng)洞內(nèi)個(gè)體常氧氣（0.21）、缺氧（0.105對(duì)應(yīng)5500米）和極度缺氧（0.07對(duì)應(yīng)9000米）條件下的靜息和飛行能量代謝參數(shù)如：氧氣消耗量（VO2）和二氧化碳產(chǎn)量（VCO2）,以及結(jié)合其它穿戴式模塊測(cè)量實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的一些生理參數(shù)如心率、血氧等。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法如下圖Figure5.

下表格1顯示了三個(gè)不同氧氣水平下斑頭雁靜息、預(yù)飛行、穩(wěn)態(tài)飛行時(shí)的飛行、呼吸代謝、心血管數(shù)據(jù)結(jié)果。

從表格中可以看出，只有常氧下才能準(zhǔn)確測(cè)量呼吸商（RER）,不同行為狀態(tài)對(duì)RER有顯著影響，飛行時(shí)的RER顯著高于預(yù)飛行、靜息狀態(tài)的RER，以及預(yù)飛行RER顯著高于靜息態(tài)的；飛行時(shí)不同氧氣水平下二氧化碳產(chǎn)量（VCO2）差異顯著，但靜息和預(yù)飛行的VCO2無(wú)顯著差異；飛行時(shí)常氧下的VCO2顯著高于適度缺氧(5500米)的，以及適度缺氧下顯著高于極度缺氧（海拔9000米）下的VCO2；在所有飛行行為狀態(tài)下，每只個(gè)體的代謝率在常氧和適度缺氧下均無(wú)差異。

不同氧氣水平下飛行狀態(tài)時(shí)的心率無(wú)明顯差異，但氧氣水平對(duì)預(yù)飛行狀態(tài)的心率稍有影響，然而之后的測(cè)試未發(fā)現(xiàn)有影響；氧氣水平對(duì)靜息時(shí)的心率有顯著影響，因?yàn)殪o息時(shí)極度缺氧的心率均顯著高于常氧和適度缺氧狀態(tài)，而靜息心率在適度缺氧和常氧下無(wú)顯著差異。

飛行時(shí)氧氣水平對(duì)心臟跳動(dòng)單位體重釋放CO2水平有顯著影響，但預(yù)飛行和靜息時(shí)無(wú)差異；常氧飛行顯著高于適度氧氣水平飛行CO2排放，以及適度缺氧飛行又顯著高于極度缺氧CO2排放水平。

 心率與二氧化碳產(chǎn)量(A)和氧氣消耗量（B）之間的關(guān)系以及不同氧氣水平心率的分布圖（C，本文研究；D，其它研究）。通過(guò)上圖心率和代謝率整合的線性混合模型發(fā)現(xiàn)，心率是代謝率的顯著預(yù)測(cè)因子。然而，引入活動(dòng)作為固定因素時(shí)，除了預(yù)飛行和靜息態(tài)，飛行狀態(tài)時(shí)心率不再是代謝率的顯著預(yù)測(cè)因子。和其它研究一致，即在常氧水平，心率變化成峰型分布。

這些研究表明，斑頭雁飛越世界上一些最高山脈的能力在生理上確實(shí)是合理的。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于研究生活在海拔的動(dòng)物的研究人員來(lái)說(shuō)將是有價(jià)值的。它們也可能與那些希望了解人類(lèi)如何應(yīng)對(duì)氧氣有限的情況，例如患者在心臟病發(fā)作或中風(fēng)等過(guò)程中的新陳代謝情況。

附斑頭雁飛行能量代謝儀器技術(shù)：FMS便攜式呼吸代謝測(cè)量?jī)x將二次抽樣單元、水汽、氧氣和二氧化碳分析儀、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)等集成到一個(gè)便攜箱內(nèi)，這樣的優(yōu)勢(shì)是可以隨時(shí)隨地對(duì)研究動(dòng)物做任何環(huán)境或?qū)嶒?yàn)處理，僅僅通過(guò)一根細(xì)管實(shí)時(shí)收集動(dòng)物呼出的氣體就可以精確地實(shí)時(shí)測(cè)量動(dòng)物各種狀態(tài)下的能量代謝，以及通過(guò)與其它生理設(shè)備或模塊融合構(gòu)建全面的新陳代謝監(jiān)測(cè)方案。

參考資料

1.Jessica U Meir,Julia M York,Bev A Chua,Wilhelmina Jardine,Lucy A Hawkes,William K Milsom.(2019)Reduced metabolism supports hypoxic flight in the high-flying bar-headed goose (Anser indicus),eLife 8:e44986.

2.航天新媒體-我們的太空：從“養(yǎng)鴨子"到太空行走，她不過(guò)多了一份執(zhí)著. 

3.美國(guó)國(guó)家自然基金網(wǎng)站報(bào)道