大雁组队飞行，为了节省体力？

水一瓢

“秋天到了，天气凉了，一行大雁往南飞，一会儿排成‘人字形，一会儿排成‘一字形”……你可曾记得小学语文课堂上那富有磁性的录音？不过，对于大雁，最直接的疑问必然是，大雁南飞为啥要排成“人”字形或者“一”字形？

在现有的大雁人字形编队说法中，“节省体力”的解释流传最广。1914年，德国的空气动力学家卡尔·魏斯伯格经过简单计算后首次提出大雁人字形飞行可以节省能量这一假说。他认为，大雁翅膀扇动会引发尾流的涡旋，而涡旋的外侧正好是向上的气流。如果相邻的大雁刚好处在上升气旋里，那么他们的飞行就会大大节省体力。

这个假说从诞生那天起，就受到了鸟类学家的欢迎，但是真正对它定量计算却是在几十年以后。1970年，里萨满和斯科伦伯格利用日臻成熟的空气动力学理论首次给出了一个估算。他们发现，与单个大雁相比，一个由25只大雁组成的人字形编队可以多飞71%的航程。但他们并未给出具体的计算公式和计算过程。而他们采用的模型也过于简化：先是假设这些鸟不扇动翅膀，而是像固定翼飞机一样僵硬；同时也没有考虑光滑的机翼和毛茸茸的翅膀之间的区别。此后，一批更深入的理论研究证明，大雁编队飞行的能量利用率远没有文章中提到的那样高。不管此类工作如何细致，模型如何复杂，严谨的科学家们还是批评这些理论计算过于理想化。光凭理论计算，似乎无法博得人们的青睐。

理论计算行不通，科学家们开始另辟蹊径，研究实地观测数据中人字形夹角的度数。他们认为，如果空气动力学优势是大雁选择人字形或者一字形的唯一理由的话，那么大雁在大多数时间都应该保证人字形的夹角处于最佳或者某一个固定的数字附近，而且要避免飞成一字形，因为在对称的尾迹里，一边的上升气流就会被浪费掉。但是，现实再一次无情地打击了这一假设。雷达和光学跟踪研究发现，大型鸟类飞行的人字形夹角在24度到122度范围内变化，而且飞行中还会大幅度变换角度。最让人费解的是，只有20%的飞行时间里，他们才会选择人字形，而大多数时候是一字长蛇阵。

近年来，新的技术革命又大大加深了我们对鸟类编队飞行现象的认识。随着全球鹰和捕食者无人机的大量应用，控制学领域开始关注飞行器的自动导航和操纵问题。在组队飞行过程中，大型鸟类频繁和大角度地调整飞行，还不断更换领队鸟和跟从鸟之间的相对距离却不发生碰撞。控制学理论学家在研究了大型鸟类飞行的观测记录后发现，从控制学上说，这些行为的并存几乎是不可能完成的任务。不过，他们也没有把这条路完全堵死：如果编队里的成员，每一个都以领队为基准来调整自己，且编队足够小的话，这个任务还有点完成的可能。人字形编队具有空气动力学优势的证据来自维莫斯克奇等人的实验。他们将8只白鹈鹕训练成自家摩托艇的“粉丝”，这些白鹈鹕只要看到摩托艇就会屁颠屁颠跟着傻飞。通过测量鹈鹕们飞行时的心律，研究者发现，白鹈鹕飞人字形时心率比单飞时低11%～15%，因此他们得出鸟类飞人字形节省能量的推断。但也有批评者反驳说，群居的动物往往比孤独的动物心率要低。

总而言之，对于飞人字形究竟能否节省大雁长途奔袭中的体力，目前还不能下明确的结论。