大雁組隊飛行，為了節省體力？

水一瓢

“秋天到了，天氣涼了，一行大雁往南飛，一會兒排成‘人字形，一會兒排成‘一字形”……你可曾記得小學語文課堂上那富有磁性的錄音？不過，對于大雁，最直接的疑問必然是，大雁南飛為啥要排成“人”字形或者“一”字形？

在現有的大雁人字形編隊說法中，“節省體力”的解釋流傳最廣。1914年，德國的空氣動力學家卡爾·魏斯伯格經過簡單計算后首次提出大雁人字形飛行可以節省能量這一假說。他認為，大雁翅膀扇動會引發尾流的渦旋，而渦旋的外側正好是向上的氣流。如果相鄰的大雁剛好處在上升氣旋里，那么他們的飛行就會大大節省體力。

這個假說從誕生那天起，就受到了鳥類學家的歡迎，但是真正對它定量計算卻是在幾十年以后。1970年，里薩滿和斯科倫伯格利用日臻成熟的空氣動力學理論首次給出了一個估算。他們發現，與單個大雁相比，一個由25只大雁組成的人字形編隊可以多飛71%的航程。但他們并未給出具體的計算公式和計算過程。而他們采用的模型也過于簡化：先是假設這些鳥不扇動翅膀，而是像固定翼飛機一樣僵硬；同時也沒有考慮光滑的機翼和毛茸茸的翅膀之間的區別。此后，一批更深入的理論研究證明，大雁編隊飛行的能量利用率遠沒有文章中提到的那樣高。不管此類工作如何細致，模型如何復雜，嚴謹的科學家們還是批評這些理論計算過于理想化。光憑理論計算，似乎無法博得人們的青睞。

理論計算行不通，科學家們開始另辟蹊徑，研究實地觀測數據中人字形夾角的度數。他們認為，如果空氣動力學優勢是大雁選擇人字形或者一字形的唯一理由的話，那么大雁在大多數時間都應該保證人字形的夾角處于最佳或者某一個固定的數字附近，而且要避免飛成一字形，因為在對稱的尾跡里，一邊的上升氣流就會被浪費掉。但是，現實再一次無情地打擊了這一假設。雷達和光學跟蹤研究發現，大型鳥類飛行的人字形夾角在24度到122度范圍內變化，而且飛行中還會大幅度變換角度。最讓人費解的是，只有20%的飛行時間里，他們才會選擇人字形，而大多數時候是一字長蛇陣。

近年來，新的技術革命又大大加深了我們對鳥類編隊飛行現象的認識。隨著全球鷹和捕食者無人機的大量應用，控制學領域開始關注飛行器的自動導航和操縱問題。在組隊飛行過程中，大型鳥類頻繁和大角度地調整飛行，還不斷更換領隊鳥和跟從鳥之間的相對距離卻不發生碰撞。控制學理論學家在研究了大型鳥類飛行的觀測記錄后發現，從控制學上說，這些行為的并存幾乎是不可能完成的任務。不過，他們也沒有把這條路完全堵死：如果編隊里的成員，每一個都以領隊為基準來調整自己，且編隊足夠小的話，這個任務還有點完成的可能。人字形編隊具有空氣動力學優勢的證據來自維莫斯克奇等人的實驗。他們將8只白鵜鶘訓練成自家摩托艇的“粉絲”，這些白鵜鶘只要看到摩托艇就會屁顛屁顛跟著傻飛。通過測量鵜鶘們飛行時的心律，研究者發現，白鵜鶘飛人字形時心率比單飛時低11%～15%，因此他們得出鳥類飛人字形節省能量的推斷。但也有批評者反駁說，群居的動物往往比孤獨的動物心率要低。

總而言之，對于飛人字形究竟能否節省大雁長途奔襲中的體力，目前還不能下明確的結論。