每个人都喜欢看蜂鸟——小小的、色彩鲜艳的模糊的蜂鸟飞来飞去，在花上盘旋，好斗地捍卫着它们对喂食器的所有权。
但对于研究蜂鸟的科学家来说，蜂鸟提供的不仅仅是一个有趣的景象。它们的体型小，新陈代谢快，这意味着它们生活在刀尖上，有时需要完全关闭身体，以保存足够的能量来度过夜晚，或者迁移数千英里，有时跨越开阔的海洋。
它们富含花蜜的饮食导致的血糖水平足以让人陷入昏迷。它们的快速飞行有时会产生足以使战斗机飞行员昏厥的重力。研究人员观察得越多，就会发现这些微小的身体里潜藏着更多的惊喜，它们是鸟类世界中最小的。
怀俄明大学的保护生态学家霍莉·欧内斯特（Holly Ernest）说：“它们是世界上唯一可以上下颠倒飞行的鸟类。”“他们喝纯糖，不会死于糖尿病。”
欧内斯特是研究蜂鸟如何应对极端生活需求的少数研究人员之一。以下是科学家们对蜂鸟独特适应性的一些了解。
投入工作
多年来，大多数研究人员都认为蜂鸟每天只花大约30%的时间从事从一朵花飞到另一朵花和喝花蜜的能量密集型工作，而其他大部分时间都在休息。但当生理生态学家Anusha Shankar仔细观察时，她发现它们通常比这要努力得多。
尚卡尔现在在印度海得拉巴的塔塔基础研究所工作，他试图弄清楚亚利桑那州南部的宽嘴蜂鸟是如何度过它们的日子的。她使用多种实验方法，测量了鸟类在各种活动中的代谢率，并估计了它们每天的总能量消耗。加上之前公布的数据，尚卡尔能够计算出栖息、飞行和盘旋每分钟的能量消耗——基本上是鸟类消磨时间的三种选择。
然后，她推断出这些鸟在一天中一定花了多少时间觅食和栖息。
尚卡尔说：“我们最终发现它是超级可变的。”她发现，在鲜花盛开的初夏，鸟类只需几个小时的进食就能满足日常的能量需求，一天中有70%的时间只是栖息。但是，当夏季季风降雨到来后，花朵变得更加稀少时，一个地方的鸟类只在20%的时间里栖息，剩下的时间用来觅食。
“那就是一天13个小时！”Shankar说。“我不可能一天跑13个小时。我不知道他们是怎么做到的。”
严重的寒冷
蜂鸟有一个技巧来帮助它们维持能量储备：当一只鸟处于能量耗尽的危险中时，它可能会在夜间变得迟钝，将体温降至接近周围空气的温度——有时只比冰点高几度。在昏睡状态下，这只鸟几乎处于昏迷状态，无法对刺激做出快速反应，只间歇性地呼吸。据尚卡尔计算，这一策略可以在寒冷的夜晚节省高达95%的每小时代谢成本。当鸟吃得比平时少的时候，比如在雷雨天气之后，这是必不可少的。它还能帮助鸟类在迁徙前储存能量以储存脂肪。
尚卡尔现在正在研究蜂鸟在冬眠时优先考虑生理的哪些部分，通过观察哪些基因产物是它们不可或缺的。“如果你是一只蜂鸟，正常新陈代谢的10%在运转，那是什么让你活了下来？”她问道。
鸟类似乎没有触及的一组基因是那些负责它们内部时钟的基因。“对他们来说，在他们处于麻木状态的时候，在正确的时间做事情是很重要的，”尚卡尔说。例如，为了准备迎接新的一天，鸟类在日出前一小时左右开始从沉睡中醒来，远远早于可见光的提示。
处理糖
为了给它们的高代谢率提供能量，蜂鸟每天要吸收相当于其体重80%的花蜜。这相当于一个150磅重的人每天喝近100瓶20盎司的可乐，而且花蜜通常比苏打水甜得多。
多伦多大学斯卡伯勒分校（University of Toronto at Scarborough）的比较生理学家肯·韦尔奇（Ken Welch）说，人类的肠道无法那么快地吸收糖分，这就是为什么喝太多苏打水或万圣节糖果会让胃不舒服的原因之一。蜂鸟通过肠道渗漏来应对这种攻击，这样糖就可以进入肠道细胞之间的血液，而不是仅仅通过它们。这样可以在引起不适之前迅速将糖排出肠道。韦尔奇说，这种快速的运输，可能还有其他适应能力，使得蜂鸟的血糖水平比人类高六倍。
血液中那么多的糖会导致严重的生理问题。它会导致更多的糖分子附着在身体蛋白质上，这一过程被称为糖基化；从长远来看，过量的糖基化会导致糖尿病的许多并发症，如神经损伤。目前还不清楚蜂鸟是如何避免糖基化的问题，韦尔奇说，但线索开始出现。例如，一项研究发现，鸟类蛋白质比哺乳动物蛋白质含有更少的最容易糖基化的氨基酸，而那些保留下来的氨基酸通常深藏在蛋白质深处，在那里它们较少接触到循环中的糖。
其他一些目前尚不为人所知的应对高血糖的策略，可能有一天会对控制人类糖尿病产生实际的好处。韦尔奇说：“蜂鸟的基因组中可能有一座金矿。”
做个示范tabolic翻转
在夜间禁食结束时，蜂鸟几乎耗尽了储存的糖，这对新陈代谢构成了相反的挑战。“它是怎么醒过来飞起来的？”韦尔奇问道。“只有脂肪可以燃烧。”
他发现，蜂鸟已经进化到非常灵活地将新陈代谢从燃烧糖转变为燃烧脂肪。韦尔奇说：“这需要在相关的生化途径中发生巨大的转变。”而这一过程仅在几分钟内就发生了，远远快于其他生物体所能做到的。“如果我们能对我们的燃料使用有这样的控制，我们会很高兴的。”
节约用水——或者不节约用水
糖并不是富含花蜜的饮食所带来的唯一挑战。毕竟，花蜜的主要成分是水——鸟类喝了这么多的液体，必须在不损失电解质的情况下排出其中的大部分。因此，蜂鸟的肾脏高度适应于在排泄前重新捕获电解质。“它们的尿液几乎是蒸馏水，”现已从怀俄明大学退休的生态生理学家卡洛斯·马丁内斯·德尔·b里约热内卢说。
但这带来了一个进一步的问题：如果蜂鸟在一夜之间一直分泌稀尿，它会在早上之前死于脱水。为了避免这种情况，蜂鸟每天晚上都会关闭它们的肾脏。马丁内斯说：“在人类身上，它们会被认为是急性肾衰竭。“蜂鸟必须这样做，否则它们会尿死的。”
飞得高——逐渐地
在海平面上，蜂鸟的新陈代谢要求已经够高的了。但许多物种生活在高海拔地区，那里稀薄的空气中含有较少的氧气，在悬停时阻力较小。想想世界上最大的巨型蜂鸟，它们可以生活在海拔超过14000英尺的安第斯山脉——比许多直升机的飞行高度还要高。康奈尔大学的鸟类学家杰西·威廉姆森（Jessie Williamson）说，为了应对这些情况，鸟类进化出了更多富含血红蛋白的血液。
但威廉姆森发现，有些鸟类面临着更严峻的挑战。巨型蜂鸟足够大，研究人员可以在它们身上安装卫星跟踪标签，以及更小的地理定位器。所以威廉姆森和她的同事们决定给这些鸟装上追踪器。在花了数千小时试图用网捕捉鸟类之后，研究人员设法用定制的弹性珠宝绳把追踪器绑在57只鸟身上。
虽然他们只从8只鸟身上恢复了追踪数据，但即使是这么小的样本也有一个很大的惊喜：一些鸟全年都生活在安第斯山脉的高处，而另一些鸟——后来被证明是一种独立的、迄今为止尚未被认识的物种——每年都从智利海岸的繁殖地迁徙到安第斯山脉。这意味着它们不仅要面对长途迁徙（往返大约5000英里）的明显挑战，还需要适应旅途中更稀薄的空气。
他们的秘密吗?循序渐进。威廉姆森说：“这看起来很像人类登山者登顶珠穆朗玛峰的方式，他们会时不时地攀登，然后停下来适应环境。”“旅程需要几个月的时间。”
随着跟踪技术变得更轻、更便宜，像威廉姆森这样的研究人员希望也能跟踪更小的蜂鸟物种。再加上研究技术的其他进展，可能会为这些微小而神奇的鸟类的生物学提供许多新的惊喜。
本文最初发表于Knowable杂志，这是一家致力于让每个人都能获得科学知识的非营利性出版物。
