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巨嘴鸟可以帮助降低取暖费用

探索巨嘴鸟喙在热量调节中扮演的迷人角色,使其成为鸟类中独一无二的特征。

作者:Ed Yong
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相对于其体型,大嘴巨嘴鸟巨大的喙是所有鸟类中最大的。它使巨嘴鸟既能吃水果也能吃小动物,并向配偶和竞争对手展示。达尔文本人曾推测它像一个广告牌,由性选择塑造,以展示对潜在配偶有吸引力的鲜艳颜色。但巨嘴鸟的喙还有另一个刚刚被发现的功能。就像大象的耳朵一样,巨嘴鸟的喙也是一个散热器。

它确实具有生物散热器的所有特征。它很大,表面积比同等大小的鸟类正常情况下大25-40倍;事实上,喙占鸟类总表面积的30-50%。它也缺乏任何脂肪、羽毛或毛皮的绝缘层,在其坚硬的外表下,是一张丰富的血管网络。

这些血管是巨嘴鸟进行热交换的途径。当天气暖和时,它会扩张血管,让血液中的热量辐射到大气中。当天气太冷时,它会限制流向喙的血液,从而减少热量散失。

加拿大布鲁克大学的格伦·塔特萨尔通过使用热像仪拍摄六只休息的巨嘴鸟发现了这种能力。随着房间温度的变化,塔特萨尔记录了巨嘴鸟喙散发出的红外辐射。鸟背羽毛的表面温度仅略高于环境空气温度。在低温下,喙的温度也相同,但只要高于16摄氏度,它就开始向大气中散发热量。

在16到25摄氏度之间,喙最靠近脸部的那部分开始散热,扩张的血管使它的温度比周围空气高出约6度。在25摄氏度或更高时,喙的前端也开始参与,并比环境温度高出多达4度。

很明显,喙可以用来散热,但它的散热水平达到了破纪录的程度。在21摄氏度,静止空气中,喙散发的热量至少是巨嘴鸟新陈代谢实际产生热量的25%。当风速达到每小时12英里时,它可以散发高达400%的热量——是其身体产生热量的四倍。这个惊人的范围是已知所有动物中最大的。相比之下,大象的耳朵在休息时只能散失其产生热量的9-91%。

喙在空气流动时效率最高,这无疑有助于巨嘴鸟飞行,因为在飞行时它需要大量的能量,产生的热量大约是正常情况下的10-12倍。但在休息时,这样一个有效的散热器使巨嘴鸟处于危险之中,当它太冷时,即使它的血管被关闭,它也会不经意地散失过多的热量

为了防止这种情况发生,它们将巨大的喙藏在翅膀下面,并将尾巴弯曲到背上。它们不仅关闭了散热器的阀门,还用羽毛毯子将其覆盖。如果天气太热,鸟类甚至可以在睡梦中调节喙的温度,当它们变得太热时,它们会非常迅速而短暂地散热。

成年巨嘴鸟可以非常精细地调节喙,使其散失的热量不超过身体总热量的5%。在非常短的时间内,它甚至可以几乎散失所有的热量。但巨嘴鸟只有在开始生长时才能获得这种能力。在生命的最初四周或五周内,它们的喙相对于身体来说是相当正常的尺寸,直到后来才达到不成比例的体积。

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塔特萨尔发现,两只幼年巨嘴鸟的喙正在积极生长。幼鸟缺乏这种精细的控制,而且当天气太冷时,它们特别不擅长关闭散热器。这并非没有必要——赤裸的幼鸟在4周大之前不会长出保护性羽毛,并且没有成年鸟的孵化。它们在26-27摄氏度的温暖温度下也会发抖,因此调节体温的能力肯定会派上用场。

问题是它们根本做不到。为了让喙首先生长,它们需要向其输送稳定、汹涌的血液。塔特萨尔认为它们无法切断这种供应,即使这意味着损失过多的热量。

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参考文献:科学杂志即将发表,DOI: 10.1126/science.1175553

所有图片由格伦·塔特萨尔提供

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