斑头雁，外貌平平的普通雁类。
中等个头的斑头雁，全身浅灰色羽毛，白色的后脑勺上有2条黑杠。正是这显眼的二道杠，显眼的二道杠标明了斑头雁不同寻常的身份，它是鸟群中杰出的高空飞行员。
每年到秋天，斑头雁会从青海湖，或者更远的蒙古国，越过喜马拉雅山，飞到印度过冬。春天来临，斑头雁再次穿越喜马拉雅山脉，从南方飞回北方，停留在水草丰美的湖泊地区，养育小雁。
穿越山脉时，海拔越高，空气中的含氧量越低。在海拔6000米的地方，含氧量只有海平面上的一半。到了8844.43米的珠峰，空气中的氧气含量只有海平面上的1/3 。当你到了6000米的高山，吸进一口气时，进入身体的氧气量只有平时的一半。
海拔越高，大气压力越低。你呼吸的时候，肺部的气压要比外界的气压低，空气才能进入到肺叶。到了高海拔地区，气压比平原低，在吸气时，你必须花更大的力气扩张肺部容积，让肺部扩得更大一些，才能使肺内的气压变得更低，吸入空气。
高山上，呼吸是项很辛苦的活动，你花费了更多的力气，却吸进更少的氧气。鸟类也跟你一样，斑头雁飞到高山时，身处低压少氧的环境，单是呼吸就需要耗费巨大的能量，而此时，斑头雁还要储备充足的能量来拍动翅膀，穿越重重山脉。
一方面是缺氧的环境，另一方面是耗氧量巨大的飞行运动，斑头雁是怎样做到的？困扰多年的难题，最近被生物学家和物理学家联手解开了。
斑头雁飞过的路
在鸟类漫长的迁徙旅程中，能量消耗巨大，飞行途中越省力越实在。对于鸟类来说，能量消耗低的飞行有两个关键点：一要控制飞行高度，越高越费力。在8000米高空，飞行所需的最低动力比海平面处要高50%。二要乘风而行，也就是利用气流，搭个顺风车。
斑头雁的穿越喜马拉雅山之旅，行程艰难，它有没有按照节约能量的关键点来飞行呢？生物技术研究团队，给印度、中国青海湖、蒙古的91只斑头雁装上了GPS定位器，观测了它们一年两次的迁徙行程，记录下雁儿400多天的数据。
秋天的南下行程，斑头雁平均历时81天，迁徙3152公里，最高的飞行高度达到7290米。春天的北上行程，斑头雁平均历时47天，旅程超过3000公里，最高的飞行高度达到6540米。虽然最高飞行高度超过7000米，但是斑头雁在超过6000米处的几次飞行时间都很短。95%的时间里，斑头雁飞行在5489米以下。
上图是斑头雁飞行的地图，图中彩色线条是雁儿的实际路径，白色线条是最短路径，白色十字星是喜马拉雅山脉处超过8000米海拔的几座高峰。斑头雁的实飞路程比最短路径长了112公里，偏向青藏高原的东边，绕过了最高的山峰。
斑头雁选择了沿着山谷飞行，尽量降低海拔高度。虽然有高飞的能力，但是它们不会超越山顶。斑头雁做到了长途迁徙中节约能量的第一条，控制飞行高度。
那斑头雁有没有做到节约能量的第二条：乘风而行呢？并没有。
在山区，白天的主导风是谷风，从山脚吹向山顶的上坡风。夜晚的主导风是山风，从山顶吹向山脚的下坡风。斑头雁通常在夜间和清晨飞行，当它上坡时，遇到的是从山顶下坡的逆风。
在北上行程中，最大上坡行程是爬过喜马拉雅山脉屏障，进入青藏高原的一段攀升。翻越高山屏障时，斑头雁选择的时间是风力缓和的夜晚，而不是热流上升的白天。从山脚飞行到山顶，上行的坡度非常陡峭，而斑头雁只花了8个小时就穿越了5000米高差，上行速度非常快，最低爬山速度为0.8～2.2公里/小时。
夜间飞行比白天飞行消耗更大，但是夜晚的气流比白天稳定，湍流更少。夜行赶路的斑头雁在1天之内翻越了喜马拉雅山脉，是迄今为止最长爬坡飞行记录的保持者。
不依靠上坡风助力，斑头雁完全凭借自己强悍的身体，挥动双翼，飞越了喜马拉雅山脉。
斑头雁的身体秘密
斑头雁逆风上坡，穿越山脉的能力，来自于它高效的代谢率。斑头雁自备一套缺氧环境下的代谢模式，支持它自由自在地在高空翱翔。
斑头雁的生活范围非常辽阔，地面上从南到北，空间上从低到高。从海平面的湖泊地带，到4000米的青藏高原，再到6000米的喜马拉雅山脉。斑头雁一天之内能够攀升6000米的高度，相比之下，一天之内，生活在平原的我们爬到6000米的高度，不吸氧活不下去。一天之内，生活在高原的夏尔巴人来到平原，也会出现头晕胸闷的“醉氧”病症。人类没法适应短期内剧烈的海拔高度变化，而斑头雁轻松解决了这个难题，它的秘密在于：有2套代谢模式，平原时用普通模式；高飞时降低新陈代谢率，开启高效模式。
加拿大英属哥伦比亚大学团队，给斑头雁做了风洞测试。风洞模拟不同海拔高度的自然环境，斑头雁背上传感器，戴上呼吸面罩，面罩提供着不同高度时的低氧空气（海拔5500米和9000米）。团队收集了斑头雁在各种高度下飞行时的心跳、呼吸、体温、血氧等数据进行分析。测试结果证明了：斑头雁飞越珠峰不是传说，它能够在模拟9000米海拔高度的环境下飞行。
人工孵化，在平原出生长大，没有经过野外实战训练的斑头雁，在测试中轻松应对9000米的高空飞行。
高空飞行的斑头雁跟平时有什么不一样？两个最让人震惊的发现，一是心率保持不变，二是体温下降。
? 与正常飞行相比，斑头雁在缺氧情况下飞行时，心率没有增加。你在缺氧时，心脏会跳得更快，加快频率为身体输送不足量的氧气。而斑头雁即使飞到了9000米的极端高空，心跳频率也没有加快，说明了斑头雁的心脏并没有达到最大的工作能力，还有余量。
? 在高飞时，斑头雁静脉中的血液会冷却，冷却温度超过2℃。你跑步时，越跑越热，而斑头雁却恰恰相反，越飞血越冷。血冷有什么好处？携带氧气的血红蛋白对温度很敏感，温度增高，血红蛋白结合氧气的能力下降。斑头雁降低血液温度，提高了血红蛋白结合氧气的能力。
缺氧时，不加快心跳频率，斑头雁怎样保证自身的氧气供给？高飞时，斑头雁怎样做到在运动时不散热，反而降低血液温度？两个问题有一个统一答案：缺氧时，斑头雁降低了代谢率。斑头雁在缺氧时的代谢率远远低于在普通情况下的代谢率，简单地说，开启了缺氧模式的斑头雁，能够消耗更低的能量，提供更大的运动量。
缺氧情况下，斑头雁休息时的基础代谢率低于正常状态时，飞行时的运动代谢率低于正常飞行时。缺氧时，斑头雁不仅在飞行时切换到最高效的氧气使用模式，就连休息时也使用了高效用氧模式。降低代谢率的一个方法是减少相对不重要的能量供应，比如消化。举个例子，斑头雁在迁徙之前会萎缩肠道组织，减少消化需要的能量。
在氧气充足的平原，斑头雁使用普通代谢模式，氧气随便用。到了缺氧的高空，斑头雁使用省电的低代谢模式，把每一份氧气用在了刀刃上。这正是它无障碍切换生活空间的秘密所在。
最后一个问题：斑头雁能飞多高？看上图，上图是斑头雁的静脉血氧分压数据，黑点是正常情况，蓝点是中度缺氧状态，红点是高度缺氧状态。在高度缺氧的情况下，静脉血氧值也有25mmHg，说明了斑头雁一直保留血氧储备，在9000米高空飞行时也没有受到血氧的限制。或者说，斑头雁在珠峰上没有受到氧气稀薄的困扰，它还有潜能飞得更高。
天高任鸟飞，珠峰不是斑头雁的极限，天空才是它的尽头。
参考资料：
1： “Reduced metabolism supports hypoxic flight in the high-flying bar-headed goose (Anser indicus)”，by Jessica U Meir, etc. elife, Sep.3, 2019
2：“The paradox of extreme high-altitude migration in bar-headed geese Anser indicus”，Biological Sciences, the Royal Society, Jan.07, 2013
3：“How Bar-Headed Geese Fly Over the Himalayas”，Physiology, US National Library of Medicine, National Institutes of Health, Mar. 2015
4：“The roller coaster flight strategy of bar-headed geese conserves energy during Himalayan migrations”，Science 347: 250–254, 2015
作者有话说：今天开始更新鸟类秘密系列文章，这是第1篇：高飞的鸟。3亿年前，鸟类跟我们分道扬镳，它们的时光没有白过，每只鸟都有我们望尘莫及的天赋，我慢慢讲给你听，有趣有料有深度。
