【转载】高速摄影机带你欣赏鸟类热舞

 内容转载自公众号：推鸟

翻译：CrazyBirdy

吴建龙（引用部分《羽的奇迹》翻译内容）

这不仅仅是关于速度，这是两种具有非语言交流特质的鸟类，它们求爱时用身体发出声音来吸引雌性，一种会跳踢踏舞，而另一种有着一对会拉提琴的翅膀，高速摄影机带你大开眼界。

会跳踢踏舞的蓝顶蓝饰雀

       蓝顶蓝饰雀（Uraeginthus cyanocephalus）来自于非洲东部，其以惊人的美貌，强有力的歌声和极佳的踢踏舞技巧成为一种具有百老汇明星属性的鸟类。

       蓝顶蓝饰雀是已知的唯一一种会跳踢踏舞来发出声音吸引雌性的鸣禽，这样的舞蹈为科学界众所周知，但因其速度太快，导致人们一直难以观察。所以很长一段时间以来，它们的舞蹈都被看作是鸟类界的跳爆竹（jumping jacks：也称开合跳，是一项跳跃运动）。

物种科普

 

蓝顶蓝饰雀

        蓝顶蓝饰雀（拉丁学名：Uraeginthus cyanocephalus，英文名：Blue-capped Cordon-bleu）是梅花雀科（Estrildidae），蓝饰雀属（Uraeginthus）的鸟类。体长约13–13.5cm，平均体重约为9.8g，分布于非洲中南部地区，包括阿拉伯半岛的南部、撒哈拉沙漠（北回归线）以南的整个非洲大陆。栖息地包括热带沙漠、亚热带或热带的（低地）干草原和亚热带或热带的（低地）干燥疏灌丛。每年五月至六月在索马里地区进行繁殖，雨季和旱季早期在肯尼亚，求偶时雄性表现出特殊的求偶舞蹈。常成对或小群在地面搜寻白蚁或草籽等食物。

      北海道大学（Hokkaido University）的研究人员初时以每秒30帧画面探究蓝顶蓝饰雀的求爱舞蹈，后用高速摄影机增至每秒300帧画面，在这一过程中，他们不经意间发现了蓝顶蓝饰雀灵活自如的脚步移动。连续的慢镜头显示出，当雌雄蓝顶蓝饰雀在同一根栖木上时，踢踏动作是很普遍的，雄鸟点头哈腰并同时交替左右脚踢踏树干，这个动作的频率竟可高达50次每秒，并伴随发出踢踏声（请欣赏蓝顶蓝饰雀踢踏热舞视频）。

       科学家们表示，雄性蓝顶蓝饰雀在求爱过程中有诸多表现，如唱歌、晃动脑袋、跳舞以及“挥动指挥棒”(比喻其所衔的树枝)，而最新发现的踢踏动作也被列入求爱表现之一。根据研究团队负责人Masayo Soma的看法，蓝顶蓝饰雀的踢踏舞是一项令人惊奇的多任务处理工作，也是鸟类首次有连接性的“多元舞蹈展示”。

       有趣的是，雌性蓝顶蓝饰雀以舞蹈(即使相较之下更为简化与缓慢)来回应求爱者。另一方面，雄性蓝顶蓝饰雀则全力以赴，拼了命完成似乎不可能的任务：在五秒之内跳动200余次（如下图）。

       很多鸟类的视觉要比人类更为敏锐，即能够捕捉到更快的动作，所以当蓝顶蓝饰雀的舞蹈创造出一个令人印象深刻的视觉表现时，这也可能是赢得一个潜在伴侣的节奏。

       为了探索这个想法，Soma和她的同事将雌雄蓝顶蓝饰雀放在一起，并记录其求爱跳舞时发出声音的频率。

       他们发现，踢踏舞都异常响亮：通过有力的用脚踢踏树干发出的声音平均为30分贝。当它不在表演而只是交换左右脚踢踏树干时声音的分贝通常就会下降到20分贝。这意味着这种踢踏声不只是高速运动才产生。

       这所有的一切都表明，由踢踏舞产生的声音可能是故意的，这种声音作为一个重要的信号用以吸引配偶。

       “我们毫不怀疑它们的踢踏舞是求爱中一个非常重要的部分，”Soma说。“但揭开这到底有多重要将是困难的，”她补充道。

拍摄人：Holger Teichmann

       Christopher Clark在加利福尼亚大学河滨分校（University of California, Riverside）研究动物的非语言交流，有时被称为“发音（sonations）”。他说这个新的研究提供了一种合理的情况，即蓝顶蓝饰雀的踢踏舞属于发音的一种。但他认为，要有更多的研究才可以巩固这一想法。

       “他们可以提高这一猜想的确定性，既然这种行为是一种发音便可以做回放实验，”他说。如果蓝顶蓝饰雀以同样的鸣唱和舞步回应回放中的鸣唱和舞步声，那我们就可以确信，这个节奏在它们求爱舞蹈中确实十分重要。

       如果将蓝顶蓝饰雀加入发音（非语言交流）的鸟类群体，与其他鸟类用翅膀、尾巴和喙产生有意义的声音相比，它吸引潜在配偶时发出的声响则独树一帜。这一类鸟由于强烈的性选择，通常为一雄多雌的交配模式，因此这个群体不包含一雄一雌制的鸣禽。

用翅膀拉提琴的白斑翅娇鹟

图片来自于康奈尔大学白斑翅娇鹟视频

       Kim Bostwick博士工作的地点位于康奈尔大学脊椎动物博物馆内一间狭小的研究室里。她正专心注视一段由高速摄影机所拍摄的小型热带鸣禽资料带，并且将它们的翅膀固定在一个叫做“雷射都卜勒振动仪”（激光多普勒振动仪）的仪器上。

图片来自于康奈尔大学白斑翅娇鹟视频

原文链接：https://academy./features/all-about-feathers/#meet-a-feather-scientist.php

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一个谜团

       白斑翅娇鹟发现于厄瓜多尔的森林中，乍一看它似乎与一般的鸟没有什么不同；但根据Kim Bostwick的研究，它竟是地球上最独特的动物之一。

图片来自于康奈尔大学白斑翅娇鹟视频

       它能够将翅膀作为乐器，产生一种响亮且独特的声音，你绝不会料到这声音竟然来自于它的翅膀。大多数的鸟类都是歌唱家。为什么白斑翅娇鹟选择用它的翅膀来传达声音信息，而它又是怎样发出这种声音的？

物种科普

 

白斑翅娇鹟

         白斑翅娇鹟（拉丁学名：Machaeropterus deliciosus，英文名：Club-winged Manakin）是娇鹟科（Pipridae），红顶娇鹟属（Machaeropterus）的鸟类。体长约9–10.5cm，体重约12g，分布于哥伦比亚西南部的安第斯山脉西坡（从里萨拉尔达以南开始）以及厄瓜多尔西部地区（南至皮钦查，也在埃尔奥罗和洛哈西部）。是一种比较特殊的娇鹟，其雄鸟具有十分显著的第二性征-羽杆异常肿大，求偶时能利用羽杆相互擦击够发出“tip-tip-beeuwww”的声音。

图片来自于康奈尔大学白斑翅娇鹟视频

图片来自于《羽的奇迹》：达尔文正确无误地把白斑翅娇鹟雄鸟翅膀的奇特羽毛归因于性选择。

       白斑翅娇鹟栖息于潮湿的山地森林中，尤其是长满青苔的、成熟的次生林，海拔范围在600-1900米，非繁殖季节偶尔到100米。吃小的浆果和昆虫，偶尔与其他物种混群活动。

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独特行为

      通过观察白斑翅娇鹟，我们可以看到，雄性翻转它的翅膀高举过背并且产生一种类似于“maaaahhh”的高亢声音。在每秒1000帧的高速摄像机帮助下仔细观察，让我们见证了白斑翅娇鹟翅尖每秒107次的擦击。这使得白斑翅娇鹟成为晃动身体某个部分最快的脊椎动物。相比之下，响尾蛇尾部响环相互摩擦振动的频率为每秒90次，蜂鸟通常拍打翅膀的频率约为每秒50-75次。而一只向你飞来的麻雀每秒振翅才20-30次。

       Kim在那片厄瓜多尔热带雨林里看到的是种很小只、羽色主要为赤褐色跟黑色的鸟，它们在枝桠间飞来飞去，三不五时就会停住，然后突然把翅膀以大角度高举过背。它们黑色翅膀上的白色条斑块具有极为醒目的展示效果，但引起Kim注意的，却是声音：先一声尖锐咖嗒金属声，后面接着一段短暂持续、她后来将之描述为“叮”的声音（根据记录，白斑翅娇鹟繁殖展示时所发出的声音合于升F调）。

拍摄人：Dusan M. Brinkhuizen

       娇鹟跟天堂鸟一样,都是群聚求偶型的鸟。一身艳丽的羽色的雄鸟会在求偶场跳着复杂的舞步，展示给雌鸟看，雌鸟就在一旁货比三家。在白斑翅娇鹟的例子中，它们似乎喜欢寻常的歌舞配上一点打击乐。关于这类快速擦击羽毛而发出声音的动作，我们目前所知至少演化出十一种不同的类型，有些类型的鸟类能够使出不止一种声音；它们有时用翅膀互击翅膀、躯干或者尾巴，有时则是把翅膀“甩”向空中，发出如同挥鞭般的啪啪声。

       快速擦击翅膀这动作结合了响亮的声音以及迅雷不及掩耳的飞行模式，让娇鹟的展示行为成为自然界中数一数二复杂（且狂热）的仪式。然而在整个娇鹟科大概六十种鸟类里头，只有白斑翅娇鹟让它的翅膀擦击“升级”——后面多加了一串声音到自己的个人演奏小乐队上。

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奇妙声音

       如果声音是由白斑翅娇鹟擦击翅膀的翼尖所发出来，我们可能会听到一连串快速的敲击声。但相反的是，我们听到一个持续的嗡嗡声。Kim发现，让我们听到这样的声音是由于空气振动的频率实际上是双翼擦击每秒107次的14倍快。这意味着每次白斑翅娇鹟擦击翅膀发出声音，同时引起空气振动使得传出的声音频率加快了14倍。这会发生什么？这14倍的振动又从何而来？

图片来自于康奈尔大学白斑翅娇鹟视频

       如果你记录到这种鸟翅膀发出的声音，当你对这个声音的音高进行测量，你会发现其频率为1.5kHz，因此我们听到的才会是一声连续的“hummmm”声，而不是快速敲击声。

       传统上，科学家们相信鸟类有两种经由翅膀发生的方法：一是拍打什么东西，二是利用高速飞行俯冲来制造某种振动。你可以把这两种方法分为擦击和俯冲。擦击：包含在其他娇鹟身上可观察到的各种敲击声，以及鸽子飞起时，我们很熟悉的那种翅膀噗噗噗的声音。俯冲：则发生在各种会发出声音的飞行展示上，所有这类飞行展示都仰赖高速俯冲来引发某种哨声或咯咯声，这类型的像是安娜氏蜂鸟俯冲时的尖锐蜂鸣，或由田鹬（yù，指沙锥）、美洲夜鹰那种诡异的风切声等等。显然白斑翅娇鹟的状况不属于前者也不属于后者，而如同在Kim之前的所有学者一样，Kim这下子也开始认为，她八成无法解决这个难题了。

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异常羽毛

 

       很难想象这两个翅膀是如何敲击在一起，使我们听到声音。翅膀不是由柔软脆弱的羽毛组成的吗？为了解释这一点，我们必须更密切的关注白斑翅娇鹟的翅膀羽毛。

图片来自于康奈尔大学白斑翅娇鹟视频

       在这两根羽毛上我们可以看到最坚硬的部分，从羽杆中部开始膨大直到羽杆端部，像极了一根棍棒。这些棍棒形状的羽毛中有一根沿其边缘形成小棱脊。还有一根羽轴纤细，弯曲成了45度角，因此这根羽毛可以轻松的划过相邻羽毛上的小棱脊。

图片来自于康奈尔大学白斑翅娇鹟视频：小棱脊和弯曲的羽杆

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解开谜团

      107次每秒的拍击伴随膨大羽轴所产生的14倍共鸣振动，使我听到的声音约为1.5kHz（107x14=1498），这个数字看起来并非巧合，它的翅膀就像是一个音叉。

       “高速摄影真的是一大突破，”Kim说道。她突然就能看到鸟儿们做了什么事情，它们每次鼓翼都看得一清二楚，然后每格画面中的动作便能和声音搭配起来。从她拍的影像，可知娇鹟翻转向上的翅膀是如何共同发出大声的“滴”——这噼啪作响的发声机制原本就已知道，在那之后则是接着一种奇特而有节制的颤抖。这种快速颤抖会一再把翅膀给靠在一起，棒状次级飞羽便会互相击打，然后末端有弯曲的那根，就会像锯子一样在毗邻羽杆上的一小排小棱脊上来回移动。这下真想就水落石出了。翅膀在此的作用像一把迷你提琴，弯曲的羽杆末端是琴弓，而小棱脊便是弦线了；同时呢，膨大且中空的羽杆就像共鸣腔，放大（14倍）并维持该声响。

图片来自于康奈尔大学白斑翅娇鹟视频

      “这机制真是独一无二，”Kim对我说明。目前没有其他已知的鸟类，会以相互摩擦身体不同部位的方式来发出这种持久的结构音，科学们家们称之为“摩擦发声”（stridulation）。“最相近的或许是蟋蟀吧，”她补充，而我立刻想到著名的伊索寓言“蚂蚁和蚱蜢”。

       Kim的研究成果突出一种极端的羽毛适应，而这对学术界以及羽毛演化的漫长历史来说，都是新事物。这只在一种鸟类身上出现，而且该鸟种还是相对晚近才衍生出来的（如下图）。

图片来自于康奈尔大学白斑翅娇鹟视频

       不过让人惊讶的事情可不只这一桩：各种羽毛的羽杆都有产生共鸣的能力，即使缺乏娇鹟那特化的膨大棍棒状腔室亦然。更重要的是，每根被Kim放上雷射都卜勒振动仪的羽毛，引发它们共鸣的音高完全一样。“并不是说娇鹟的羽毛演化出共鸣的性质，而是它们把原本就已存在的性状给挑选出来，然后充分利用。”

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