‘Turbocharged’ Mitochondria Power Birds’ Epic Migratory Journeys
19:31 Share

我是劳伦·古德，我是《连线》杂志的高级撰稿人。我是迈克尔·卡洛里，《连线》杂志消费科技和文化的总监。我是佐伊·希弗，商业和工业总监。我们是《连线》杂志《诡异山谷》节目的主持人。这是一个关于硅谷人士、权力和影响的节目。每周，我们都会聚在一起讨论来自山谷的技术和文化如何影响我们的日常生活。互联网真的不再是早期的那样了。它关乎赚钱。

钱。他把连帽衫换成了西装。它只是变成了“我是硅谷奋斗的程序员”的简写。或者我们会深入探讨硅谷一些最重要机构和人物的历史。所以很多人指出萨姆·奥特曼和史蒂夫·乔布斯之间的相似之处。对Meta的底线来说非常有利于参与，可能或大概对人类不利。我不知道我会信任哪一个人。

无论你对硅谷接下来会做什么感到乐观还是绝对恐惧，这个播客都适合你。我们将提供你只能从《连线》获得的分析和报道。无论你在哪里收听播客，都可以收听和关注《连线》杂志的《诡异山谷》。如果你想从洛杉矶到西雅图，比如说，你可以飞行、开车或坐火车，但让我们假设你需要徒步旅行。超过一千英里，所以需要几个月的时间才能徒步旅行。

以每小时5英里的平均慢跑速度，总共需要200多个小时。现在想象一下，你一直在慢跑，几乎从不休息，几乎没有食物或水。你认为人体多久才能承受不了？

这就是数百种鸟类年复一年、季节复季节在其迁徙路线上的做法。我们不仅仅是在谈论在海洋上利用热气流翱翔的海鸟。我们的意思是小小的鸣禽，它们每小时、每天都在努力地拍打着翅膀。它们是怎么做到的？

欢迎收听Quanta播客，我们将探索基础科学和数学的前沿。我是Samir Patel，Quanta杂志的主编。长途迁徙是自然界最令人惊叹的运动壮举之一。

了解鸟类是如何做到这一点的，意味着要了解一些非常令人惊讶的细胞和分子特性。今天来和我们谈论这个话题的是Quanta的生物编辑Hannah Waters。欢迎，Hannah。你好，Samir。感谢你的邀请。我们总是喜欢从这个问题开始，什么是大创意？我们这次谈话的重点是什么？对我来说，最大的想法是，这是一个跨大陆的全球动物迁徙现象，

这可以通过亚细胞水平的微观特征来解释。这真的很令人震惊。用最微小的事物来解释最大的事物。我认为部分原因是

你会发现和Hannah讨论这个话题很有趣，因为她与鸟类有着非常深厚的渊源。那是肯定的。是的。所以我们要谈论的文章是由记者Liz Landau撰写的，但我才是编辑。我从小就喜欢观鸟。我在高中时上了一门生态学课，老师强迫我们记住当地鸟类的外观。我爱死它了。

你的，我理解这是观鸟界的一个专业术语，你的“火花鸟”是什么？是什么鸟让你走上了观鸟之路？是的，“火花鸟”是黑顶山雀。它们在北方森林筑巢，但在新泽西州过冬，我就是在那里长大的。它们只是可爱的小鸟。它们非常好奇。它们会走上前来调查你。我想我一直都很欣赏这一点。

现在，你提到这些都是小小的鸟，山雀。你说它们从北方森林开始，那里位于北美的北部苔原。它们最终到达新泽西州。所以它们正在进行长途迁徙。所以，稍微谈谈迁徙作为一种行为，一种

像这样的小鸣禽？是的，所以迁徙是鸟类（以及许多动物）的季节性运动，它们从一个地区移动到另一个地区，追踪资源、好天气。基本上，每个鸟类家族都有一些南北迁徙。它们在北方的北极繁殖，那里几乎没有捕食者，食物很多，而且它们

然后当冬天太冷的时候，它们就飞回南方，在热带地区过冬。所以这是一个年度循环，它们先向北飞，然后又向南飞，一年两次，在春季和秋季。

自然界中显然有很多形式的迁徙。有垂直迁徙，即水生物种在水柱中向上迁徙，然后向下迁徙。还有非洲角马和其他大型哺乳动物的著名迁徙。然而，所有这些，如果你见过角马，它们就像在大群中漫步。是的，这很有挑战性，但沿途有它们可以吃的东西。它们可以随时停下来。

鸟类的迁徙，特别是我们正在谈论的这些小鸣禽的迁徙，有一些不同之处，因为从生理学上来说，它们并没有这样做。就像它们不会带着脚下的食物在北方漫步一段时间。稍微谈谈迁徙作为一项生理壮举是什么样的。我将举几个例子。一个是红喉蜂鸟，这种超小的鸟，是世界上新陈代谢最高的动物之一。

它们每秒拍打翅膀60次。每秒60次？每秒60次。所以它们会离开南美洲，然后连续飞行近20个小时，每秒拍打60次穿过墨西哥湾。它们没有大翅膀。它们不会翱翔。就像它们一直在拍打翅膀。是的，它们只有一种方法。所以这需要它们几乎整整24小时不停地拍打翅膀。通常情况下，这些鸟在正常的觅食过程中，必须

每天都要从许多花朵中吸食花蜜，如果它们甚至错过几朵，它们就没有足够的能量。所以显然，在迁徙季节会发生一些不同的事情。另一个例子是长尾滨鹬，这是一种滨鸟。它拥有有史以来追踪到的最长的不间断飞行。一只被标记的鸟在阿拉斯加和新西兰之间飞行了8000英里，它在11天内完成了这项飞行，没有停下来吃东西或休息。哇。

你怎么能连续飞行10天，不休息，不吃东西？我知道我们接下来会谈谈一些可能正在发生的分子和细胞方面的事情。但在这项新研究之前，我们从生理学上了解到什么关于鸟类如何完成这项疯狂的运动壮举？

显然会发生生理上的转变。而且似乎当鸟类感觉到白天越来越长，每天的光线更多时，就会发生荷尔蒙的变化。所以他们实际上已经测量了这一点，他们的荷尔蒙发生了变化，然后引发了所有这些变化。其中之一是，我的意思是，它们吃得很多。所以它们……

吃很多脂肪，吃大量的浆果。所以一只蜂鸟在迁徙前会增加一倍体重。嗯，从半盎司到一盎司。蜂鸟的体重并不多。但对蜂鸟来说，确实很多。我的意思是，你必须承受这种重量。但是是的，很多鸟都会增加一倍体重。

另一个例子是，某些物种的心脏会增大，以便它们可以将更多的血液泵送到全身。我提到的那些长尾滨鹬，它们会吸收其他不需要的器官组织。所以它们会消耗四分之一的肝脏、肾脏和消化道，然后将这些物质用于其他地方。哇。所以光线变化。这是一种季节性反应，经过数百万年的进化，

导致荷尔蒙变化，从而导致所有这些生理变化，使它们的迁徙能够发生。但是即使你体重增加了一倍，从根本上来说，这怎么能让你进行如此巨大的迁徙呢？

嗯，这归结于线粒体这种细胞器。好的。那么让我们来谈谈线粒体。它们是什么？在你身体的几乎每个细胞和任何多细胞动物中都有线粒体，这是一种细胞器。它被称为细胞的动力源，它为细胞提供能量。所以它吸收氧气和葡萄糖或食物，

将其分解并产生分子能量，然后可以将其传递并用于细胞中的各种反应。线粒体有趣的地方在于，这可以追溯到Lynn Margulis在20世纪60年代提出的一个理论，它很可能最初是一种自由生活的细菌。

所以线粒体是它自己的细胞，独立生活，并拥有这种特殊的处理能量的能力。是的。然后通过一个叫做内共生的过程，一个古老的细胞，也就是我们的祖先，包裹并与这个细胞形成了关系，这个细胞变成了我们的细胞线粒体。有些人推测线粒体是你可以拥有多细胞生物的原因。对。

听起来近几十年来，我们对线粒体的理解变得更加复杂了。是的，它们可以像其他细胞一样分裂和融合。你的一些组织中含有线粒体，可以专门用于不同的任务。另一件真正出现的事情是，线粒体不仅仅是产生这种ATP，这种分子能量。它们还在细胞中进行各种其他化学反应。

令人着迷的是，它们也很社会化。哇，停一下。是的，有证据表明线粒体实际上彼此交流，不仅在你的细胞内，而且在你的组织之间。

所以你可以想象，你知道，你从环境中吸收一些分子，线粒体处理它，我想告诉其他线粒体这件事。这是因为它起源于它自己的细胞。好的，所以我们知道线粒体的主要作用之一是能量。但是我们如何才能找出线粒体在使鸟类能够完成这些疯狂的生理活动中所起的作用呢？

这是几个实验室在过去几年中试图解答并发表了三篇不同的主要论文的问题，所有这些论文都试图比较迁徙鸟类和非迁徙鸟类的细胞中的线粒体。基本上，要问的问题是，这两组鸟类的线粒体之间是否存在差异？但你不能随便拿一只迁徙或不迁徙的鸟。你必须找到种群中迁徙或不迁徙的鸟类，或者你自己创造它们。你的意思是创造它们？

这就是其中一个小组所做的。他们捕获了黄臀柳莺，这是一种田间的小鸣禽，并将它们带到实验室。

然后，因为我们知道光会引发这些生理变化，所以他们将这些柳莺暴露在不同数量的光线下。就像更长的日照时间或更短的日照时间。因此，他们实际上产生了两个种群。一个迁徙种群。所谓的“迁徙”，它们并没有迁徙。它们表达的是准备好迁徙的鸟类的特征。与另一个种群相比，这是非迁徙的。它们不表达这些特征。它们更像是常驻的。对。

所以实验室的科学家们有一组没有为迁徙做准备的鸟类和一组已经做好了准备的鸟类。那么接下来他们要看什么呢？所以他们想看看它们的线粒体。所以他们通过测量线粒体产生的ATP来做到这一点。作为一种替代方法，线粒体处理了多少氧气？

所以，是的，他们发现那些处于迁徙组的鸟类，它们的细胞中线粒体更多，而且这些线粒体产生能量的能力更强。所以它们用相同数量的食物产生更多能量，这是一种思考方式。

我认为增加线粒体数量（在细胞中增加线粒体数量或让它们产生更多能量）会在生理上付出代价，对吧？否则，我们就会一直拥有它们，我们会变成巨大的能量球。

是的，问题是当线粒体进行这种处理时，它们会产生所谓的活性氧。这些是会损伤DNA的分子。然后细胞必须拥有所有这些备份机制，通过这些机制可以清除这些活性氧。它可以捆绑受损的分子。所以你最终会花费更多能量来清理你自己的烂摊子。所以这是一种最佳的、高效的能量，我们已经进化出来了。

现在，鸟类需要时间来恢复这些迁徙的结束，对吧？有迁徙宿醉吗？是的，它们着陆时可能会非常疲惫。有时观鸟者会目睹我们所说的“坠落”。它们就像从天空中掉落在同一个地方。你会看到几十种鸟类一起飞翔，成百上千只，都降落在同一个地方，因为它们只需要休息一下，吃点东西。一项研究发现，它们特别寻找含有抗氧化剂的浆果。

帮助它们处理这些活性氧和线粒体的损伤。是的，绝对的。它们筋疲力尽，倒下了，然后需要一分钟来恢复。对。然后大概它们的线粒体就会恢复正常？是的。

你提到有几篇论文研究了迁徙鸟类的线粒体。其他研究发现了什么？是的，其他的工作来自另一个实验室。他们采用了一种略微不同的方法。他们在田间收集了迁徙和非迁徙的鸟类。所以他们驾驶了他们所谓的“线粒体移动”机器。

所以它是一个房车里的移动实验室。专门用于线粒体。是的，它在侧面写着“线粒体移动”。所以它有，你知道，实验台，它拥有现场进行氧气分析和测量这些线粒体代谢所需的所有机器。他们所做的是，他们观察了一种叫做白冠麻雀的不同物种的鸟类。你可以在美国各地找到它，一年中的不同时间。这种麻雀有不同的亚种。所以有些迁徙。

有些则没有。啊，天然实验室。没错。我们喜欢鸟类。所以他们去捕获了一些正在迁徙路线上的鸟类，在一个已知的休息点，它们在那里休息。然后他们捕获了另一组已知是常驻的鸟类。然后他们进行了与第一组类似的比较。所以他们独立地发现了相同的东西。迁徙的鸟类用它们的线粒体产生更多能量，而且它们的线粒体更多。

让我们更深入地探讨一下。线粒体到底发生了什么变化？它们在做什么来为鸟类产生更多能量？

我们对此还没有完全确定的答案，但第二个实验室的一位科学家Paolo Moschitta进行了一系列分子生物学实验。所以使用从野外收集的相同鸟类，但他随后进行了一项分子生物学研究，以观察蛋白质标记。好的，那些是什么？所以它们基本上只是蛋白质指标，以前曾与线粒体形状的变化有关。

好的。当线粒体改变形状时，会经历某些过程。以前的研究发现，有一些蛋白质我们不知道它们在该过程中起什么作用，但它们参与其中。所以你可以使用这些蛋白质作为追踪器，并基本上说，线粒体是否正在发生变化？他确实只在这些迁徙鸟类的飞行肌中发现了它们，而不是在腿部肌肉中。

这很有趣，因为这意味着鸟类的生理变化是专门针对它们需要进行迁徙飞行的肌肉的。是的，绝对的。

好的，所以我们必须推测。鸟类是温血的真核动物物种，我们也是。所以我们的细胞里充满了线粒体。当你运动时，你的身体会发生很多生理变化。这对我们理解我们自己身体的工作方式意味着什么？

是的，我认为有两种看待这个问题的方法。一种是经常锻炼或举重的人，他们确实会增加细胞中的线粒体数量。所以有可能。然而，不同之处在于鸟类只是启动它。是的。只要光线照射，它们突然就有了线粒体，而对人类来说，需要数月的训练才能看到任何这样的效果。

所以Paolo Moschitta，一位研究人员推测，我们是否有可能制造一种药物来让人类实现这一点？另一种思考方式是将鸟类作为研究运动的模式生物。我曾与一位举重运动员朋友交谈过，他对这个非常感兴趣。就像，哦，鸟类获得了更多的线粒体。我该如何增加我的线粒体，以便我能举起更多重量？没错。我们能从这些一年中几次真正非常擅长运动的小鸟身上学到什么关于我们自己的肌肉和运动生理学的东西呢？是的。

这很有趣。所以，Hannah，我们想在播客结束时推荐一些东西。本周有什么让你兴奋的事情吗？

我最近读了一本我想推荐给听众的小说。它是由Samantha Harvey创作的《轨道》。这是一部简短的小说，它获得了去年的布克奖。故事发生在国际空间站，讲述了六位宇航员的生活，他们住在那里，讲述了他们的内心独白和反思。

我喜欢它的地方在于，它真正地交替讲述了他们存在的平淡无奇，生活在一个罐子里，试图保持自己的锻炼和进食，并进行他们的小型科学实验。然后是他们对在太空中的反思，回顾地球并产生所有这些认识的深刻性。我喜欢它。谢谢，Hannah。

本周在Quanta上，你还可以阅读一篇物理学故事，探讨引力实际上来自熵的观点，以及另一篇关于如何在实验室中模拟整个复杂生态系统的生物学故事。所以你可以查看这些故事以及Liz Landau关于鸟类的故事。它被称为“涡轮增压线粒体为鸟类的史诗般迁徙之旅提供动力”。

今天我们将用两种迁徙鸟类——隐士画眉和白喉麻雀——交织的歌声来结束节目。它们是由Lang Elliott为他的网站musicofnature.com录制的。Quanta播客是Quanta杂志的播客，Quanta杂志是一个由西蒙斯基金会支持的编辑独立出版物。我是Quanta的主编Samir Patel。

西蒙斯基金会的资金决定不会影响本播客或Quanta杂志中主题、嘉宾或其他编辑决定的选择。Quanta播客是与PRX Productions合作制作的。制作团队是Ali Budner、Deborah J. Balthazar、Genevieve Sponsler和Tommy Bazarian。PRX Productions的执行制片人是Jocelyn Gonzalez。

来自Quanta杂志，Simon France和我本人在Matt Karlstrom、Samuel Velasco、Simone Barr和Michael Kenyongolo的支持下提供编辑指导。我们的主题音乐来自APM Music。如果您有任何问题或意见，请发送电子邮件至[email protected]。感谢收听。来自PR。