（最初发表于Knowable杂志，作者：Bob Holmes）
每个人都喜欢看蜂鸟——小小的、色彩鲜艳的模糊物，在花上飞来飞去，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会让人陷入昏迷。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。
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，尚卡尔能够计算出每分钟栖息、飞行和盘旋的能量消耗——基本上是鸟类的三种消磨时间的选择。
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。”
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之中时，它可能会在夜间变得迟钝，体温下降到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。
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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。
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。
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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。”
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上发生巨大的转变。”而这个过程只需要几分钟就能完成，远远快于其他生物所能做到的。“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。”
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。”
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。
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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——每年都从智利沿海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（大约5000英里的往返旅程）带来的明显挑战，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，这是一家致力于让所有人都能获得科学知识的非营利性出版物。注册Knowable杂志的时事通讯。
