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首次精确揭示北京雨燕迁徙规律,中外研究团队是如何获取数据的?

来源:溯源穷流网 编辑:娱乐 时间:2022-10-03 21:08:46

近日,首次一项针对北京雨燕迁徙行为的精确揭示据追踪研究成果在国际期刊《运动生态学(Movement Ecology)》上正式发表,首次精确揭示了北京雨燕迁徙生态学规律。北京

每年4月,雨燕研究北京雨燕从非洲南部抵达北京筑巢繁殖,迁徙取数7月底到8月初再返回非洲南部越冬。规律

往返行程近三万公里的中外迁徙之路途经了哪些国家?科研人员是如何获取这些数据的?对此,新京报记者采访了论文通讯作者、团队中山大学生态学院的何获鸟类学家刘阳教授。

颐和园里的首次北京雨燕。张龙 摄

为北京雨燕佩戴微型光敏定位器

北京雨燕,精确揭示据即普通雨燕北京亚种(Apus apus pekinensis),北京是雨燕研究以“北京”命名的野生候鸟。已有研究表明,迁徙取数每年4月,规律北京雨燕从非洲南部抵达北京筑巢繁殖,7月底到8月初离开北京,返回非洲南部越冬。然而,这条往返行程近三万公里的迁徙之路具体经过哪些国家?是否存在停歇点?沿途气候如何?长期以来人们仍知之甚少。

据刘阳介绍,此次研究项目由来自北京师范大学、中山大学、瑞典隆德大学、英国“雨燕行动”团队和比利时皇家自然科学研究院的科研人员,以及中国生物多样性保护与绿色发展基金会观鸟专业委员会的志愿者联合实施。

2014年至2018年,研究团队在位于北京颐和园的廓如亭先后为66只北京雨燕佩戴微型光敏定位器。借助这种记录光照强度、以昼夜变化规律进行定位跟踪的低耗回收型设备,科研人员成功回收并分析了其中25只个体的光照强度数据。

研究团队成员给北京雨燕戴上定位器,定位器回收后可以读取雨燕的飞行轨迹。张为民 摄

迁徙细节被描绘,往返飞行覆盖亚非37个国家

数据显示,北京雨燕的秋季迁徙大多始于7月中旬,它们离开北京,向西北进入蒙古国,进而向西进入我国新疆北部,由准噶尔盆地进入中亚地区,8月中旬越过红海,9月初到达非洲中部,在刚果盆地或邻近区域内进行40天的短距离移动。然后缓慢南下,最终于11月初到达越冬地——海拔约1000米的南非高原,全程14733公里,用时111天。

在结束了越冬期长达100天的游荡生活后,北京雨燕于次年2月中旬开始向北迅速移动,在刚果盆地东部逗留近1个月。随后,它们转向东北,于4月初离开非洲,日夜兼程,在4月下旬回到北京,全程13572公里,用时64天。在整个往返迁徙过程中,北京雨燕的飞行共覆盖了亚洲和非洲的37个国家。

迁徙中途停歇,且适应半干旱区生境

人们以往认为,北京雨燕在迁徙途中会直奔目的地,中途不作停留。然而研究结果表明,事实并非如此。

已知普通雨燕单日平均移动距离通常超过250公里。若将3天内移动距离低于500公里视为停歇,那么,北京雨燕秋季迁徙中途停歇2-6次,停歇71天,平均迁移速度134公里/天;春季迁徙中途停歇1-2次,停歇36天,平均迁移速度217公里/天。刚果盆地及周边地区、红海西南岸和里海南岸为三个最主要的停歇区域。结合飞行轨迹判断,北京雨燕在春季可能采取了更为直接的迁徙路线和更快的飞行速度。

值得一提的是,北京雨燕在部分生活史阶段表现出对半干旱区生境的适应,它们的繁殖区和越冬区年降水量均显著低于普通雨燕指名亚种在欧洲同时间的降水量。除了刚果盆地及周边区域,北京雨燕的迁徙路线穿越了多处荒漠。在本研究中,北京雨燕在非繁殖季节,有长约123天的时间处在年降水量低于600毫米的地区,占非繁殖期时长的46.1%。

在论文第一作者、广西科学院助理研究员赵岩岩看来,降水量可能通过改变食物资源的丰度和分布来影响候鸟迁徙规律和策略,这或许能够解释,为什么当我国北方地区进入季节性降水量较大的7月时,北京雨燕却选择陆续离开。

对话

鸟类学家刘阳:凌晨两点布网,在颐和园回收北京雨燕定位器

“要想保护好一种鸟类,就要先去了解它的行为。”所以,研究团队的成员们想要搞清楚,北京雨燕离开北京后,到底去了哪儿。

但收集它们的迁徙数据,并非易事,从选择合适的追踪定位器,到捕捉雨燕回收数据,都有讲究。刘阳告诉记者,他们每次捕捉都要在凌晨两点就去布网,放出去的定位器也不一定每个都能收得回来,历时4年,最终回收了25只北京雨燕的数据。

刘阳(右)为北京雨燕采集生物信息。张为民 摄

微型光敏定位器仅0.67克,方便北京雨燕佩戴

新京报:微型光敏定位器是如何发挥作用的?有何优势?

刘阳:地球上不同地点,日升日落时间是不一样的。太阳升起时,光会逐渐变强,反之太阳落下时,光逐渐变弱。我们根据微型光敏定位器记录的数据,通过一些计算和分析,反推出北京雨燕大概处于什么位置。

微型光敏定位器的优势在于轻盈。因为鸟类佩戴的定位器不能超过其体重的3%。北京雨燕还不足一个鸡蛋重,体重只有30-40克,所以发射器最好不要超过1克。微型光敏定位器只有0.67克,方便北京雨燕背在背上。

不过,光敏定位器也存在缺点,和卫星导航相比,它不够精准,存在误差。由于它是通过光照数据反推位置信息,在200公里范围内,各个城市光照时间差距不是特别大,所以更容易存在误差。但由于北京雨燕是做大范围长距离迁徙,单程接近15000公里,所以200公里内的误差就显得不那么严重了。

另外,我们在论文中也提到,农历春分和秋分前后,昼夜几乎等长。所以这两天及其前后几天的光敏定位器测得不是很准确,但对于北京雨燕的整体长距离行程来说,影响不是特别大。

新京报:数据是实时回传的?还是需要回收设备进行读取?

刘阳:光敏定位器本身不发出信号,需要回收设备下载数据,这也是研究的难度所在。我们在2014年为北京雨燕佩戴了设备,2015年北京雨燕再次飞回颐和园时,我们才回收了第一批设备。这也是我们历时8年才发表论文的原因之一,因为要积累一定的数据量。

由于个体差异的原因,66只佩戴定位器的雨燕,有的没有回到颐和园,有的可能中途自然死亡了,还有的我们没有抓到,最终回收了25只雨燕的数据。有的雨燕并非是第二年飞回北京时重捕到的,也可能是第三年或者第四年才重捕到,这种情况下,雨燕也积累了相应时长的数据信息。能够重新回收这些数据,本身也是个很不容易的事情。

2015年,研究团队为回收的第一只戴定位器的北京雨燕下载数据。张为民 摄

新京报:在颐和园捕捉佩戴定位器的雨燕有难度吗?

刘阳:相比正阳门等其他北京雨燕繁殖和开展研究的地点,颐和园廓如亭的建筑物不是很高,我们操作起来比较方便。重捕的工作和给鸟类环志一样,其难点在于,我们在凌晨就要开始准备工作,在颐和园开园前进行操作,以免引起游客围观。

每次捕捉,我们在凌晨两点就要布网,天刚蒙蒙亮时,雨燕从廓如亭飞出来,由于光线不好,它们会撞到网上,我们抓住后再查看其是否佩戴了定位器。等游客早上8点多陆续进园时,我们的操作已经完成了。

中途停歇原因可能是“补给”或“等风来”

新京报:25只个体是否具有代表性?

刘阳:我们用4年时间,积累了25只北京雨燕的数据,在迁徙鸟类研究中,这个数据量是比较充分的,所以我们的文章得以在权威杂志上发表。

迁徙过程中,北京雨燕个体是有差异的,这也是鸟类迁徙中常见的现象。文章中提到的飞经37个国家,是所有北京雨燕飞行覆盖到的国家。这些数据可以代表一个种群的迁徙路线。

新京报:雨燕被称为“无脚鸟”,北京雨燕除了产卵、孵化在巢中,它们不分昼夜地飞行,此次研究发现北京雨燕有较长时间的停歇,它们停歇的原因是在等着借助风力飞翔吗?

刘阳:雨燕的跗跖很短,看起来像没有脚,其脚趾结构是四趾向前,因此无法在平坦的地面直立走动,也无法握住电线或树枝。这种脚趾结构使它们善于在垂直的墙体上攀缘,它们更适合停歇在悬崖峭壁、建筑物上。

论文中提到的停歇,英文使用的stopover,并非指的是它停在某个位置静止不动,而是指在漫长的迁徙过程中,它在某个区域滞留的时间比较长,而对于雨燕,表现为在局部范围内盘桓不前。

我们推测有两个原因:一是当地食物非常丰富,它们停留一段时间进行食物补给,积累适合长途迁徙的脂肪;二是等待更有利于飞行的气候条件。雨燕每天可以飞行至少200公里,一方面源于其身体构造,它的翅膀狭长,身体呈流线型;另外,它非常善于借助风力,乘风飞翔,可以减少翅膀的扇动,不用太费力。

目前,这两种情况都是推测,未来我们希望用更精确的定位设备进行追踪,将其迁徙过程中关键的时间节点跟当地的气候、食物等联系起来。北京雨燕被称为“一带一路”的生态使者,随着研究的深入,未来我们还可以进行国际交流,比如去北京雨燕停歇时间较长的非洲国家,在当地进行观测和研究,获取更多的第一手数据。

清晨,北京雨燕在颐和园廓如亭附近飞行。楚建梅 摄

未来将破译北京雨燕迁徙背后的遗传学密码

新京报:为何选择北京雨燕作为研究对象?这项研究的意义是什么?

刘阳:2015年之前,北京雨燕的迁徙路线是未知的。有人猜测它们离开北京后,会飞过喜马拉雅山来到印度次大陆,也有人认为它们沿着中国东部沿海地区飞到了东南亚。

另一方面,北京雨燕是以“北京”命名的野生候鸟,它们在北京城里漫天飞舞的景象是老北京人对于夏季的美好记忆。但在进入21世纪的时候,北京师范大学、首都师范大学的鸟类学家经过研究发现,北京雨燕数量越来越少,猜测这与北京城市化进程的加快有关系,新的水泥建筑物使雨燕没有地方营巢。

北京雨燕是首都文化的象征之一,游客在颐和园、北海公园等地也会看到成群的北京雨燕。2001年,我读本科时参加了北京师范大学张正旺教授的北京雨燕调查项目,去前门、鼓楼、颐和园数雨燕。北京市非常重视北京雨燕的保护工作。大家希望北京雨燕的种群数量稳定,甚至增长。要想保护好一种鸟类,就要先去了解它的行为。它们在北京繁殖,冬天会飞去哪里呢?它的迁徙路径就是我们要搞清楚的问题。

新京报:未来,科研团队还有哪些研究方向?

刘阳:“生物如何进行长距离迁徙”一直是学术界广泛关注的议题,也是《科学(Science)》杂志125个最具挑战性科学问题之一。

北京雨燕只有30-40克重,这么小的鸟类是如何完成近3万公里迁徙的?它们没有导航,为何每年按照相同的路线迁徙?刚刚在北京出生的小雨燕完全没有迁徙经验,它们如何成功飞到非洲南部的越冬地?从这些角度来讲,北京雨燕是研究动物迁徙和导航的理想物种。

目前,我们只是追踪到了它们的迁徙现象,今后还要研究北京雨燕迁徙机制的问题。生物进化的规律都藏在它的DNA密码里,未来,我们还将使用基因组测序技术,破译北京雨燕迁徙奇迹背后的遗传学密码。雨燕身上还有许许多多的奥秘,我们的研究组还在继续开展雨燕、金丝燕等鸟类的生态与进化研究。

新京报记者 张璐

编辑 刘梦婕 校对 李立军

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