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日頭赤炎炎,隨鳥顧性命–織巢鳥如何在沙漠保持涼爽體溫?

作者:劉鎮 臺大森林環境暨資源學系研究助理

剛過完端午,臺灣的戶外氣溫就不斷的扶搖直上。新聞報導不斷刷新最高溫的記錄。上班通勤時走在路上10分鐘總是會讓襯衫濕透,中午吃飯時都渴望要買個搖搖杯,最好加點檸檬和冰塊,才可以消除我心頭之火。「這一定是全球暖化!」,每天facebook的塗鴉牆上都有人如此哀嚎著。

你或許可以用冷氣、冰品和啤酒熬過炎炎夏日的悶熱,那在沙漠中的小鳥該怎麼辦?

美國新墨西哥大學的生物學家布萊爾.沃夫(Blair Wolf)教授和南非茨瓦内大學的安德魯·麥基奇尼(Andrew MCKechnie)教授對鳥兒喘氣散熱的行為提出新的疑問,生長在沙漠的小鳥耐熱的極限大概是幾度?生長在沙漠的小鳥又是用哪種行為或生理機制保持體溫低於環境溫度?鳥類的體型是否會和耐熱的能力有所關連?

於是研究團隊抵達了非洲的格拉哈里沙漠(Kalahari Desert)。小心翼翼的繫放捕捉三種生長在沙漠的織布文鳥科(Ploceidae)鳥類。分別為鱗額編織雀Sporopipes squamifrons, scaly-feathered weaver,大約重10公克),群織雀Philetairus socius, sociable weaver,大約重25公克),和紋胸織布鳥Philetairus socius, white-browed sparrow-weaver,大約重39公克)。

由左至右依序為scaly-feathered weaver、sociable weaver、white-browed sparrow-weaver。

由左至右依序為鱗額編織雀群織雀紋胸織布鳥

為了回答以上問題,研究團隊在三種織巢鳥的腹部置入記錄器,以記錄體溫、代謝率和體內水分蒸發率。然後把三種小鳥放在放置在人工的環境中,將室溫從攝氏25度升高至54度,測量三個數值的變化情形。除此之外,為了保護小鳥不要熱成烤小鳥,當小鳥出現異常狀況時,研究人員會馬上用冷氣和酒精幫小鳥降溫。

在經過一番冷熱三溫暖後,研究團隊發現紋胸織巢鳥耐高溫的極限是攝氏54度,群織雀耐高溫的極限是攝氏52度。當三種織巢鳥在極限高溫的時候,會開始劇烈的喘氣,增加代謝能力和體內的水份蒸發。喘氣時鱗額編織雀蒸發的水份增為平常的10.8倍;群織雀蒸發的水份增為平常的18.4倍;紋胸織布鳥蒸發的水份增為平常的16倍。

最神奇的地方是,雖然高代謝率產生出的熱量比平常更多,但是利用喘氣蒸發體內水份的方式卻更有效率的帶走代謝體內產生的溫度,可以帶走正常代謝產生熱量的41-122%。所以喘氣提高代謝率不會讓織布鳥更熱,反而讓織布鳥可以在高溫環境中保持低溫。

生存在熱帶的沙漠環境中,保持低溫可是保命的首要關鍵。有研究指出,氣候變遷使沙漠熱浪頻率增高,嚴重讓小鳥的死亡率增高[3]。在炎熱的天氣下,若小鳥無法從環境與食物中攝取足夠的水份,小鳥就會開始降低活動力,也會開始顯得虛弱[4.5]。太熱的天氣也會降低取得水份的效率,讓小鳥在找水的過程中喪失更多的水份。所以在熱天中讓適當的覓食更加困難[5]。麥基奇尼的研究團隊在最新的發表中指出,在乾燥的沙漠與半沙漠環境中生活的紋胸織布鳥即使觀察起來和平常無異,但事實上體內缺水的風險也較大[6]。

了解了織巢鳥保持涼爽的原理後,我開始羨慕織巢鳥的特異功能。如果人類在酷熱的盛夏可以用喘氣來降溫,就不需要耗費大量的電力與金錢在製造冷氣上,或許人類活動對生態的衝擊會變小一點。而在沙漠的小鳥們,也希望熱浪不要一直來啊!

參考資料:

  1. Hot birds pant to keep cooler than air》 The journal of experimental biology
  2. Whitfield, M. C., Smit, B., McKechnie, A. E., & Wolf, B. O. (2015). Avian thermoregulation in the heat: scaling of heat tolerance and evaporative cooling capacity in three southern African arid-zone passerines. The Journal of experimental biology, 218(11), 1705-1714.
  3. McKechnie, A. E., & Wolf, B. O. (2009). Climate change increases the likelihood of catastrophic avian mortality events during extreme heat waves. Biology Letters, rsbl20090702.
  4. Bartholomew, G. A., & Cade, T. J. (1956). Water consumption of house finches. Condor, 406-412.
  5. du Plessis, K. L., Martin, R. O., Hockey, P. A., Cunningham, S. J., & Ridley, A. R. (2012). The costs of keeping cool in a warming world: implications of high temperatures for foraging, thermoregulation and body condition of an arid‐zone bird. Global Change Biology, 18(10), 3063-3070.
  6. Smit, B., & MCKechnie, A. E. (2015). Water and energy fluxes during summer in an arid‐zone passerine bird. Ibis.

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活躍星系核

活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。