月光下的黑雨燕——夜间垂直飞行动态 | Cell Press 青促会评述

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作为世界领先的全科学领域学术出版社，细胞出版社特与“中国科学院青年创新促进会”合作开设“青促会述评”专栏，以期增进学术互动，促进国际交流。

2022年第九期（总第93期）专栏文章，由兰州大学生态学院教授 陈嘉妮，就Current Biology中的论文发表述评。

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美洲北方黑雨燕（Cypseloides niger borealis）与旧大陆的姊妹普通雨燕（Apus apus）相似，都是长距离迁徙的鸟类。且在非繁殖季节里，它们的大部分生活都在空中完成。由于以往的技术限制，人们对黑雨燕的空中生活知之甚少。Anders Hedenstrom及同事通过给黑雨燕安装特制的微电子数据记录仪记录它们的位置、飞行加速度、飞行高度的气压、温度等参数来了解它们的空中飞行生活。研究成果于3月17日发表于Cell Press旗下旗舰刊Current Biology上。他们发现这种繁殖于北美的雨燕在长达8个月的非繁殖季里，>99%的时间在空中生活，并且与白天相比，夜间有更多的扇翅飞行活动。在此期间，扇翅飞行活动以黄昏最多，拂晓次之。

令人惊奇的是，黑雨燕的夜间飞行上升高度与月运周期有着密切关系。从1/4到3/4月渐盈亏的10-11天周期里，黑雨燕保持着较高的飞行海拔，在满月的时候达到最高（图1A）。飞行高度与月光反射强度和月球在地平线上的高度相关（图1B、C）。新月时，黑雨燕在非繁殖期的宿留地夜间平均最高飞行高度为1417米，平均飞行高度为719米。满月时，最高夜间飞行高度可达到约4400米，平均最高飞行高度为2741米，平均飞行高度2050米。日间飞行高度在这两个时期则没有太大差异（新月：平均最高876 m，平均469 m；满月：平均最高935 m，平均497 m）。黑雨燕的飞行活动强度（扇翅与滑行比例）也与月亮相关（图1D），最活跃的时候出现在月亮升起的黄昏之时，而在月亮西下和暗夜里，飞行活动强度最弱。研究者们还记录到2019年1月20-21日月蚀时刻黑雨燕的飞行活动。当天黄昏，与往常的满月夜一样，黑雨燕上升到3-4000米的高度。然而随着月蚀出现，它们迅速地下降高度，再随着月蚀的结束，再次上升飞行高度。与往常的记录不一样，当晚有两个飞行高度峰值（图2）。

▲图1 与月运周期相关的飞行活动。（A）11月－1月的飞行高度热力图。黄色虚线对应满月最大值、黑色虚线对应新月最小值。下侧图展示月运周期，纵向虚线对应满月、1/4月、新月及3/4月。右侧图展示一天当中月亮在地平线上的角度。（B）飞行高度与月光照度关系图。（C）飞行高度与月亮角度关系图。（D）飞行活动模型估计值比较，展示飞行活动强度日夜节律。

▲图2 2019年1月19-23日每日飞行活动与月亮运动。（A）月球在地平线上的角度。（B）飞行高度。（C）垂直位移采样。（D）5只黑雨燕在21日月蚀前后及期间的飞行高度。

月运周期会影响很多夜行性动物的行为，作者们认为黑雨燕夜间飞行与月运周期的关系反映了两种可能性：第一种是与觅食相关的上升飞行，以昆虫为食的黑雨燕可能在高空中捕食在月夜上升的昆虫或在月光中看到高空的昆虫。第二是为了躲避夜行性天敌，但达到3-4000米的安全界限，对躲避天敌似乎又没有必要。作者们认为垂直飞行动态更可能与觅食相关。此研究利用新技术，在鸟类中发现了不曾被记录过的现象——黑雨燕的垂直飞行动态周期与月球运转相关，为人们了解夜间的飞行活动提供了有趣的案例和新的视野。

论文摘要

从昆虫、鱼、鸟类到陆生和海洋的哺乳动物，许多动物都进化出适应季节变化的迁徙生活方式。旧大陆雨燕具有长达6-10个月的空中非繁殖生活期。雨燕利用大气层寻找昆虫以满足飞行的高能耗。在此期间，它们栖息于开阔空域，并很可能同时完成睡眠。由于觅食时间有限，夜间食虫动物可能会利用月光，增加能量摄入。我们利用多传感数据记录仪记录光定位、飞行加速度，飞行海拔高度压，调查研究繁殖于北美的北方黑雨燕是否与它们的旧大陆亲戚一样过着空中生活。黑雨燕个体在非繁殖期有>99%的时间都呆在空中，在8个月当中只有偶尔着陆。让人出乎意料的是，它们的夜间飞行在满月时规律地上升到>4000米的高度（平均2000米）。与月蚀出现同步，它们下降飞行高度，显示了月光对飞行高度的直接影响。月夜里这种原不为人所知的飞行上升行为，可能是对捕食者的躲避，也可能是月光下的觅食。月夜下高于暗夜的飞行活动提示雨燕在寻找猎物。这种新行为的发现，为月圆期间的夜间飞行行为提供了新的视角。

Many animals have evolved a migratory lifestyle as an adaptation to seasonality, ranging from insects to fish, terrestrial and marine mammals, and birds. Old World swifts have evolved an extraordinary aerial non-breeding life phase lasting for 6–10 months. Swifts exploit the aerosphere in search of insects to meet the high energy demands of flight. During this period they roost and likely also sleep in the open airspace. Nocturnal insectivores with restricted foraging time may use moonlight to increase energy intake. Using multisensor data loggers that record light for geolocation, acceleration for flight activity, and pressure for flight altitude, we investigated if Northern black swifts, Cypseloides niger borealis , breeding in North America, also lead an aerial lifestyle similar to their Old World relatives. Individual flight activity showed they are airborne >99% of the time, with only occasional landings during their 8-month non-breeding period. Unexpectedly, during periods around the full moon, they conducted regular nocturnal ascents to altitudes up to >4,000 m (mean 2,000 m). A lunar eclipse triggered a synchronized descent, showing a direct effect of moonlight on flight altitude. This previously unknown behavior of nocturnal ascents during moonlight nights could be either a response to predator avoidance or that moonlight provides a foraging opportunity. Observed elevated nocturnal flight activity during periods of moonlight compared to dark nights suggests swifts were hawking for prey. Our finding of this novel behavior provides new perspectives on nocturnal flight behavior during periods surrounding the full moon.

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述评人简介

陈嘉妮

兰州大学生态学院教授

[e-mail]

陈嘉妮，博士，兰州大学生态学院教授，中国动物学会动物行为学分会常务理事。从事动物行为学研究。主要兴趣为动物的认知和学习行为及其对动物的生态适应带来什么样的影响，并如何进化。研究成果发表在Science、Animal Cognition、Journal of Experimental Psychology: Animal Learning and Cognition、Current Zoology等杂志上。

Jiani Chen, Ph.D., Professor in College of Ecology, Lanzhou University. She works on animal cognitive behaviors, examining what cognitive abilities and learning processes animals can possess, how cognition evolves and influences the adaptation in animals from an evolutionary, ecological and comparative point of view. She has published papers on Science、Animal Cognition、Journal of Experimental Psychology: Animal Learning and Cognition、Current Zoology etc.

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相关论文信息

原文刊载于CellPress细胞出版社

旗下期刊Current Biology上，

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