1月21日

 

实验

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一阵极地风猛烈地刮过坛城。风钻进我的围巾,刮得下颌生疼。且不说凛冽的寒风,单是温度就降到了零下十度。在南部森林里,这样的冷天是不常见的。典型的南部冬天,总在融雪天气与中度霜冻之间兜圈子,一年中难得有几日极寒的天气。今日的寒气,恐怕会逼近坛城上各种生物的生命极限。

我突然想脱下衣服,像林中动物们一样体验一下这种冷冽的气候。趁着这股劲,我把手套和帽子丢在冰天雪地里,接着是围巾,很快,我卸下了全副御寒装备:毛衣、T恤,还有裤子。

实验的头两秒出乎意料地令人振奋。脱下密不透风的衣物,随之袭来的是一阵惬意的清凉感。接着,大风吹散了幻觉,头开始隐隐作痛。热量从体内流溢出来,灼烧着我的皮肤。

一群山雀(Chickadee)的齐声欢唱,为这场荒唐的脱衣舞提供了伴奏。鸟儿们在林间飞舞,它们如同火苗一般,在树枝间上下窜动。无论它们在哪里歇脚,都不过一秒的工夫,转眼又飞走了。在这样的大冷天里,山雀的活跃与我的生理缺陷形成了鲜明对照。这似乎违背了自然定律,按说小动物应该比大个头亲戚们更畏惧寒冷。一切物体,包括动物身体在内,体积的增量是长度增量的立方倍;而一只动物全身所能生成的热量,与其身体大小是成正比的;因此,体热的增长量,也是身体长度增量的立方倍。而在热量流失时,表面积的增量只是长度增量的平方倍。小动物的体温下降速度之所以更快,是因为按照比例来说,它们的体表面积远远大于身体体积。

动物的身体大小与体热流失速率之间的关系,造成了动物的地理分布趋势。对于广泛生活在大片区域内的物种而言,北部个体通常比南部个体体型更大。这就是所谓的“伯格曼定律”(Bergmann’s rule)。伯格曼是19世纪的一位解剖学家,他最早描述了这种关系。田纳西州的卡罗山雀(Carolina chickadees)生活的地方,靠近该物种分布带的最北端。它们的个头,比来自南部边界的那些佛罗里达州同类要大10%〜20%。田纳西州的鸟儿们深谙表面积与体积之间的平衡关系,因而能适应这里更为寒冷的冬日。更往北,取代卡罗山雀的是它的近缘种,黑顶山雀(black-capped chickadee)1。黑顶山雀又要比卡罗山雀大10%。

当我赤身站立在林中时,伯格曼定律似乎非常遥远。狂风猛扑过来,体表的灼烧感加剧。接着,更深切的疼痛开始了。大脑意识背后的某些东西被激活,启动。我在这冷冽的冬日里暴露不过短短一分钟,身体就已冻透了。可是,我比一只山雀要重十万倍呢。毫无疑问,按理来说这些鸟儿应当不出数秒就会全部冻毙。

山雀之所以能活下来,部分依赖于它们温暖的羽毛。羽毛使它们比我这赤裸无毛的身子更有优势。鸟的羽衣上层很光滑,里面有隐秘的绒毛,显得饱满而蓬松。每根绒毛由成千上万根细细的蛋白质丝缕构成。这些纤毛组合成一种轻飘飘的绒毛体,保温效果比咖啡杯那么厚的泡沫塑料板还要好十倍。冬天里,鸟儿身上的羽毛增多50%,提高了羽衣的保温性能。在寒冷天气里,羽毛基部的肌肉拉紧,使鸟儿身体紧缩,保温层厚度加倍。然而,这种引人注目的保护措施,也无非是减缓不可避免的热量流失过程。在冷天里,山雀的体表虽然不会像我这样火烧火燎,但是热量依然在散失。一二厘米厚的绒毛层,在极寒天气下,只能换得几个小时的生存时间。

我屈身迎着寒风。危机意识增强了。我全身都不由自主地打着摆子。

体内平常的化学产热反应,此时完全不够用了。肌肉的阵阵抽搐,是防止心脏温度下降的最后一道防护措施。肌肉似乎是随机地发动起来,相互拉扯着,引起身体的阵阵战栗。在身体内部,食物分子和氧气急剧燃烧,就像我在调用肌肉跑步或是举起重物的时候一样。只不过,此时这种燃烧带来的是一股迅疾的热流。腿、胸腔和胳膊的剧烈颤抖,使血液暖和起来。血流随即将热量带到头部与心脏部位。

颤抖也是山雀抵御寒冷的首要防护措施。整个冬天,鸟儿们把肌肉当成热量泵,只要天气变冷,肌肉就会颤抖起来,这时鸟儿们也不那么活跃了。山雀胸部厚厚的飞行肌是首要的热量来源,颤抖时能带来大量温暖的血流。人体没有相应的庞大肌肉,所以我们的颤抖相对而言是微不足道的。

当我开始摇晃时,恐惧感浮上心头。我恐慌起来,开始以最快速度穿衣服。手指冻僵了,我艰难地抓起衣服,摸索着拉上拉链、系上扣子。头痛欲裂,就好像血压突然升高一般。我唯一想做的,就是快点运动起来。我又是走,又是跳,使劲摇晃胳膊。大脑给出了指令:制造热量,要快。

实验仅仅持续了一分钟,在这持续一周的极寒天气中,不过占到万分之一的时间。可是我的身体撑不住了,头部轰鸣,肺部供氧不足,四肢似乎麻木了。如果实验再持续几分钟,我的心脏温度就会进入低温状态,肌肉的协调作用将失去效力,随后昏睡和错觉会使我的大脑丧失意识。人体体温通常保持在37摄氏度左右,只要体温下降几度,比如说下降到34度,神智就会错乱,下降到30度,器官就开始停止运行。在今天这样刺骨的寒风中,只消赤裸着身子待上一个小时,体温就能下降这么几度。一旦被剥去人类文化赋予的巧妙的御寒物,我就成了一只热带猿,在冬季森林中完全无所适从。山雀却漫不经心地占据了这块地方,这真叫人羞惭。

我跺脚哈手缓了五分钟,缩在衣服里面,身子虽然还在抖,但是心里已经不慌了。肌肉感觉很疲累,我使劲吸气,就好像刚进行过百米冲刺一般。我逐渐体会到身体产生热量时过度的消耗带来的后继反应。持续的颤抖只要超过几分钟,就能迅速耗干动物体内的能力储备。无论对人类探险者还是对野生动物而言,饥饿通常都是死亡的前奏。只要保证食物供应,我们就能颤抖着维持生命;但是空着肚子、脂肪储备耗尽,我们就活不成了。

等我回到温暖的厨房,我会重新填满我体内的储备库,这还得归功于挑战自然的冬季食品保存与运输技术。山雀可没有干谷粒、养殖肉类,或是从外地运来的蔬菜,它们要在冬季森林里维持生活,就得找到足够的食物来燃烧它们四便士重的小火炉。

无论是实验室内的山雀,还是在野生环境下自由生活的山雀,我们都已计量过它们所需要的能量。在冬季,鸟儿一天需要高达6.5万焦耳的能量来维持生命,其中一半的能量用于颤抖发热。我们把这些抽象的数据转换成鸟类所需的食物总量,就更好理解了:书页上逗号那么大的一只蜘蛛,体内只含有1焦耳的能量;一个大写字母那么大的一只蜘蛛,含有100焦耳的能量;一个单词那么大的一只甲壳虫,含有250焦耳的能量。一颗油脂丰富的向日葵种子倒是含有100多焦耳的能量,可惜坛城上的鸟儿没有手握大把瓜子的人来喂养它们。山雀每天必须寻找无数食物碎屑来满足能量需求,坛城上的食品储备库看起来却是空空如也,在冰天雪地的森林里,我没有看到任何甲壳虫、蜘蛛,或是任何种类的食物。

山雀之所以能从看似贫瘠的森林中弄到足够的供给,部分是因为它们具有超凡出众的视觉。山雀眼睛后面的视网膜上分布着比人眼致密两倍的感应器。因此,鸟类具有高度敏锐的视觉,能够看到人眼所不能见的各种细节。我看到的是一根平滑的枝条,鸟儿却能看到一处断裂、剥落的弯折,里面很可能潜藏着食物。很多昆虫舒舒服服地躺在树皮中的小裂隙内越冬,山雀敏锐的眼睛会让它们无处遁形。我们永远无法完全体验这种丰富的视觉世界,不过,从放大镜中窥见的景象近似于此:通常不可见的细节进人了视野中。冬天大部分时间里,山雀锐利的眼睛都在扫视林中的树干、枝条,还有落叶堆,从中搜寻隐藏的食物。

山雀的眼睛还能比人眼看到更多的色彩。我在观看坛城时,眼中具备的三种色彩接收器,使我看到三原色,以及三原色的四种主要组合色。山雀却有一种额外的色彩接收器,用于探查紫外光。这使山雀能看到四种原色,十一种主要的组合色。山雀的色觉范围,远远超出人类所能体验的范围,甚至超乎人类想象:鸟类的色彩接收器上还装备着有色的小油滴,这些小油滴起到光线过滤器的作用,只允许极窄范围内的色彩刺激到每个接收器,这样就增强了色觉敏锐度。人眼没有这些过滤器,因此,即使在人眼可见光范围内,鸟类也能更好地分辨出色彩之间的微妙差异。山雀生活中那个超现实的色彩世界,绝非人类迟钝的双目所能触及。在坛城上,它们动用这些能力来觅食。林地零星分布的那些干枯野葡萄藤上,反射出的是紫外光。甲虫和蛾类的翅膀有时闪烁紫外光,某些毛虫也是如此。即便没有紫外线视觉这一优势,鸟类精准的色彩接收器也能探查到细微的破绽,撕破林中昆虫的伪装。

鸟类和哺乳动物的视觉能力之所以存在差异,是由于1.5亿年前侏罗纪时代的一系列事件。那时候,现代鸟类的始祖从爬行类中分化出来。这些远古鸟类继承了爬行类祖先的四种色彩接收器。哺乳动物也由爬行类演化而成,它们的分化比鸟类更早。然而与鸟类不同,我们的原兽亚纲(protomammal)祖先如同夜行性的鼩类生物一样度过了侏罗纪。依照自然选择缺乏远见的功用主义原则,华美绚丽的色彩对于这些生活在黑暗中的动物毫无用处。在哺乳类先祖馈赠给它们的四种色彩接收器中,有两种丧失了。时至今日,大多数哺乳动物只有两种色彩接收器。某些灵长类动物,包括人类的始祖在内,后来演化出了第三种。

山雀的身躯如同杂技演员一般灵活,这让它们的视觉能充分发挥作用。一拍翅膀,鸟儿就能从一根树枝飞到另一根枝上。爪子抓住一根枝条,身子向下坠落,又从枝梢荡开去了。鸟儿的身体悬在空中回旋飞舞时,喙部也在不停地探查。随后,翅膀一展,掠上另一根小枝。没有一处没经过搜查。鸟儿们倒吊在枝上审视树枝下方的时间,与直立向上的时间相当。

尽管山雀搜寻得很卖力,可是在我观察它们的这段时间里,它们并没有捕捉到任何猎物。像大多数鸟类一样,山雀吞咽食物时,头部会引人注目地向后摆动一下。要是找到一块更大的美食,它们就用爪子攫住食物,同时用喙部去啄食。这群鸟仅仅在我视线中停留了15分钟,没有找到任何食物。山雀可能需要调用体内的脂肪储备来抵御寒冷。脂肪储备对于越冬来说至关重要,这能让山雀安享冬日多变的气候。等到天气回暖,或是等到鸟儿们找到一窝蜘蛛、一丛草莓的时候,充足的食料就能转化为脂肪,让鸟儿度过天寒地冻、食物匮乏的时节。

鸟群中不同的个体肥瘦不等。山雀是结群觅食的,它们中间也存在社会分层。群体中通常包括一对头鸟,若干扈从。无论何时,只要群体找到食物,头鸟总是捷足先登。因此不管天气如何,它们通常总能吃饱。这些身居高位的鸟儿长得健康而苗条。居于从属地位的山雀要忍受冬季困难时期的打击,只能隔三差五吃顿饱餐。这些地位低下的鸟儿,通常是幼鸟,或是没有能力捕食的鸟儿。为了应对食物来源不稳定的状况,它们要长得肥一点,以便保证能度过严酷的日子。然而,山雀长肥也是有代价的。圆胖的鸟儿易于沦为鹰隼的猎物。每只山雀的肥瘦,是处于饥饿与被捕食这两大风险之间的平衡。

山雀把昆虫和种子塞进裂口的树皮下面,作为补充脂肪库的来源,它们要储存粮食以备日后恢复体力之用。卡罗山雀藏食物时,尤其喜欢把食物捅进小树枝的下侧。这一习性或许是为了防备那些目光不那么锐利的鸟类前来行窃。无论如何,仓库总是很容易被盗。因此,冬天森林鸟群中的每只山雀都守护着一块自留地,严格杜绝邻居们闯入。世界上其他地方不收藏粮食的山雀,领域性则弱得多。

在冬季,体型更大的鸟类常常加入山雀队伍中。今天,一只绒啄木鸟(downy woodpecker)正在凿食橡树皮里面的幼虫,当山雀们向东掠去时,它也紧跟着飞了过去。一只美洲凤头山雀(tufted titmouse)也跟随大部队一同旅行。美洲凤头山雀像山雀一样在枝桠间跳跃,但是没那么敏捷,它更喜欢停驻在枝条上,而不是在枝梢荡来荡去。所有的鸟儿齐声叫唤,保持着队伍的一致性。山雀啁啾鸣啭,美洲凤头山雀发出哨声,啄木鸟则发出尖利的pik声。这种团队行为能保护成员免遭鹰隼袭击。在众多双眼睛的警惕守备下,鹰隼很容易被发现。不过,山雀也要为团队提供的庇护付出代价。美洲凤头山雀的体重是山雀的两倍,个头更大的鸟类当上首领,便会把山雀从枯树枝、高处枝条,以及其他更有利的觅食场所上挤走。微妙的位置变换,致使山雀的觅食机会严重丧失。在鸟群中,只要美洲凤头山雀不在场,山雀就能吃得更好。因此,在坛城上,冬天要维持生存,不仅需要复杂的身体结构,还要经过社会动力学方面的精心协商。

白昼的光辉逐渐消隐,我挪动冰凉的四肢,揉揉冻得发直的眼睛,准备走出森林。鸟儿们继续搜寻食物,再过几分钟也要回巢了。当光线黯淡下来,温度下降,山雀将会簇拥在倒下的树干留下的洞穴里,相互遮挡刺骨的寒风。鸟儿挤成一团,这再次认可了伯格曼定律:抱成一团,则体积更大,相对而言表面积更小。随后,山雀的体温下降十度,进入一种能耗更低的低温睡眠状态。在夜里,如同在白天一样,行为上与身体上整齐一致的适应性,让鸟儿们得以安然越冬。拥成一团,再加上睡眠状态,就能使山雀夜间的能量需求减少一半。

山雀适应寒冷的能力是非同寻常的,但是这种能力也并不总是够用。到明日,森林里的山雀又将会少几只。冬季冷酷的铁拳将攫住很多鸟儿,把它们推入无底深渊。那种惶惑,比我所体验到的可怕空虚感更为深切。只有半数在秋天落叶丛中找到了食物的山雀,才能活着看到来年春天的橡树萌发新芽。今晚这样的寒夜,会让大多数鸟儿悄然死去。

这周的严寒天气只持续了短短几天,但是鸟类死亡率的剧增会改变森林,影响波及全年。冬夜的死亡对山雀种群内部进行了清理,冬季的粮食总额无法供养的多余个体,将被全部清除出去。平均每只卡罗山雀需要3公顷或者3公顷以上的森林来维持生活。坛城上一米见方的土地,只能供养十万分之几的山雀。今晚的寒气会清除掉所有过剩的个体。

当夏季来临时,坛城将能供养更多的鸟儿。由于冬天的饥荒使林中人口众多的常驻物种,例如山雀的数量得到严格的控制,因此夏季所能找到的食物量,将远远超出这些留守鸟儿的胃口。食物总量的季节性猛增,为迁徙鸟类营造了机会。这些鸟儿冒险从中美和南美长途飞行过来,寻觅北美各处森林中过剩的食物。冬季的严寒,促成了每年数百万只唐纳雀(tanagers)、莺鸟(warblers)和绿鹃(vireos)的大迁徙。

夜间的死亡也会使山雀这一物种变得更适应周围的环境,体型较小的卡罗山雀比体量稍大的亲属更有可能沦为牺牲品,这进一步印证了伯格曼的纬度分布模型。类似地,极端的寒冷会从这些鸟类的种群中清除掉那些在颤抖能力、羽毛丰厚度,或是能量储备方面表现不够好的个体。到次日清晨,这片林子里的山雀种群将更能适应冬天的严酷条件。这是自然选择的悖论:通过死亡,达到生命的逐渐完善。

我在寒冷气候中表现出的体能缺陷,也是源于自然选择。我在冰天雪地的坛城上没有立足之地,是因为我的祖先回避了寒冷气候的选择。人类由数千万年前生活在热带非洲的猿类演化而来,相比保暖而言,保持凉爽才是更大的挑战;因此,我们的身体几乎不需要任何抵御极端寒冷的措施。当我的祖先们走出非洲,来到北欧时,他们随身携带着的火种和衣服,将热带气候带到了温带与极地地区。这些巧妙的办法减少了人类的痛苦和死亡数量,结局毫无疑问是好的。然而舒适的生活使人回避了自然选择,我们因使用火和衣物的技术而受到惩罚,从此在冬的世界中永无立足之地。

黑暗降临,我将退回到我从祖先们那里继承来的东西——温暖的壁炉。坛城就留给那些主宰寒冷世界的鸟类居民吧。这些鸟儿历经成千上万个世代的挣扎,才艰难地获得这一主宰权。我本想像坛城上的动物们一样体验寒冷,可是现在我意识到,这是不可能的。我的体验来自我的身体,这个身体走上了一条与山雀们截然不同的演化之路,绝无可能与它们获得完全一样的体验。尽管如此,在寒风中赤身裸体的经历使我对这些异类愈发敬慕。惊异是唯一恰当的反应。

 

 


1 ——别名黑帽山雀。