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蜂鳥為人類健康帶來啟示 只吃糖卻不會患糖尿 因能量代謝率超高

蜂鳥能夠一天飛行13小時,甚至越洋飛幾千里,在空氣稀薄的高山棲息。這種世界最袖珍的雀鳥擁有驚人的強大體能,引起科學家關注,研究蜂鳥的生理和能量代謝模式,相信可以為人類帶來啟示。

Anna’s hummingbird/Becky Matsubara, CC license
Anna’s hummingbird/Becky Matsubara, CC license

美國懷俄明州大學的生態學家安納斯(Holly Ernest)專門研究蜂鳥的生活模式,特別是牠們的能量代謝如何配合高水平的需求。她說蜂鳥是唯一能夠上下升降和倒後飛行的鳥類。她表示,令人驚訝的是:「蜂鳥只吃花蜜(糖),但卻沒有糖尿病,而且牠們攝取的糖份濃度極高,換作是人類的血糖,足以令人昏迷。」

文獻記載,蜂鳥每日有三成時間處於高活動量的狀態,例如在花卉間吃花蜜,其餘時間靜止。

印度海德拉巴基礎研究院的生態學家山賈爾(Anusha Shankar)長年深入研究阿利桑納州南部的大嘴蜂鳥的,發現蜂鳥比大家想像中更加勤勞。山賈爾通過實驗,並參考以往的研究數據,量度蜂鳥在靜止、飛行和懸空三種狀態下的能量輸出和新陳代謝率,推算牠們整天的能量消耗,以及需要攝取的基本熱量。

結果她發現:「蜂鳥非常強大,在初夏花朵盛放的時候,每天採花蜜幾小時,就足以應付整天的能量需求,牠們大約有七成時間靜止。當花期過去,進入雨季,我們觀察到某些地點的蜂鳥每天只有兩成時間休息,八成時間在覓食。那即是13小時,人類肯定無法在一天內維持13小時不停跑動,蜂鳥怎樣做到?」

科學家探索蜂鳥擁有超強體力的奧秘。當蜂鳥耗盡體力時,會在夜間停滯不動,將體溫降低至與周邊環境的氣溫相近,有時低至攝氏幾度,藉以減少代謝率和能量消耗。在發呆時,蜂鳥對外來刺激反應遲緩,呼吸也變長變慢。山賈爾計算出,這種策略能夠讓蜂鳥在寒冷的夜晚節省95%代謝成本。這對覓食量減少的雀鳥來說十分重要,有助儲存體脂,供長途飛徰時使用。

山賈爾正在進一步探討,蜂鳥在「發呆」模式期間,身體哪些部位最需要能量輸出,從而找出相應的求生基因。據科學家所知,雀鳥體內負責調控生理時鐘的基因似乎不受「節能」機制影響。換言之,牠們在呆滯期間,保持在適當時候做適當事情的能力是非常重要的。牠們會在日出前一小時發呆,以準備一天的活動。

一隻倒掛的蜂鳥。 攝影: Matt Cummings CC 2.0. via Flickr
一隻倒掛的蜂鳥。 攝影: Matt Cummings CC 2.0. via Flickr

蜂鳥的新陳代謝率極高,八成體重由花蜜供應熱能。這相當於150磅重的人,每天喝120安士可樂。人類的腸道無法迅速吸收糖份,因此攝取過量汽水和甜食,會引起腸胃不適。多倫多大學的比較生物學家威爾治(Kenneth Welch)指出,蜂鳥處理高糖份的方法是「腸漏」,讓糖份透過腸壁進入血液。

他解釋:「迅速傳遞糖份的機制,加上其他適應方法,令蜂鳥的血糖水平比人類高六倍。人體血糖水平過高會導致問題,令更多糖分子爭奪蛋白質,出現所謂糖化的過程。長期過度糖化會引致多種糖尿病症狀,如神經受損。」

威爾治又說,迄今科學家仍未破解蜂鳥何以不會過度糖化之謎,一些研究提供了初步線索。其中一項研究指出,雀鳥的蛋白質比人類的含有較少易糖化胺基酸,而且鳥類的蛋白質結構令當中的胺基酸難與血液中的糖接觸,因此糖化現象較難發生。科學家相信,這方面的研究將為人類對治糖尿病提供重要的啟示。

威爾治解釋,蜂鳥經過晚間空腹十多小時,體內的糖會耗盡,理論上會變得乏力,但蜂鳥在早上依然活力充沛,有賴身體啟動了脂肪代謝機制。他說:「蜂鳥在糖代謝和脂肪代謝兩個系統之間的轉換非常靈活,過程涉及體內生物化學路徑的轉變,而這種轉換在幾分鐘內發生,其代謝靈活性遠勝於很多其他生物。相信很多人都想像蜂鳥一樣,能夠這樣控制能量運用制式。」

花蜜大部分是水,蜂鳥攝取水份後,身體自然需要排走,又如何保持體內電解質平衡?原來蜂鳥的腎臟能夠高度適應,在排泄前回收體液中的電解質,所以牠們排出的尿基本上是過濾了的水。另外,蜂鳥的腎到晚上會「關掉」,防止水份流失。

蜂鳥平日的飛行高度不算高,但一旦飛到高空,在空氣稀薄和含氧量低的環境中,加上氣壓增加,牠們需要更多能量維持懸空。

世界上最大體積的蜂鳥棲息於安第斯山脈海拔14,000呎,比直升機飛行高度還要高。因此這種蜂鳥演進出較其他同類較多的血紅素,以增加體內的含氧量。科學家曾經在57隻巨型蜂鳥身體加上標籤和測量器,以收集牠們的飛行數據。經過數千小時監測後,在最終回收的八隻蜂鳥的飛行追蹤器得知,一些蜂鳥一年四季都居於高山,自成一家,每年由智利海岸繁殖後飛到安第斯山脈,來回距離長達5,000哩。

科學家形容高山蜂鳥就像花幾個月登上額菲爾士峰的登山健將。隨著科技進步,科學家計劃用體積更細小的飛行監察裝置追蹤身型較小的蜂鳥品種,期望有更多發現。

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