美生物學家揭示鳥類飛行秘密

美國《紐約時報》報導，即使最平凡無奇的鳥所具備的飛行能力也讓人類的飛機自愧不如，美國蒙大拿州大學飛行實驗室的生物學家對此深有體會。實驗室創始人肯尼士·戴爾表示：“鳥類能夠做一些非常引人注目的事情。它們能夠在短短幾秒鐘內將速度從零加速到每小時40英里（約合每小時64公里）或者降落在處於移動狀態的樹枝上，令人非常吃驚。”

戴爾和同為生物學家的布萊特·托巴爾斯克一直致力於縮小飛行器與鳥類飛行能力之間的差距。在飛行實驗室，他們與幾名研究生共同努力，試圖揭開鳥類飛行的秘密。風洞實驗中，他們在鳥類翅膀前緣上方發現了渦流，正是它增加了鳥類的升力。為了研究鳥類的飛行，他們還在姬地鳩和大烏鴉等鳥類胸部植入晶體感測器，測量飛行過程中的肌肉收縮。托巴爾斯克說：“胸肌是鳥類的發動機，飛行時所需的能量有80%來自胸肌，這也就解釋了它們為何是鳥類的最大組織。”

在進行風洞實驗時，研究人員使用高速攝影機拍攝下鳥類的飛行影像，瞭解它們以時速20英里（約合每小時32公里）或者更高速度飛行時的諸多細節。此外，他們還在鳥身上安裝微型面罩以測量新陳代謝。CT掃描則被用於揭示鳥類飛行的物理過程。研究中，他們對鳥類的骨骼進行掃描並與飛行時拍攝的三維X光片結合在一起，創建鳥類飛行的動畫。博士生阿什利·希爾斯表示：“你能夠在動畫中看到鳥類飛行時的關節運動。”

托巴爾斯克說：“這些工具允許我們瞭解做夢都在考慮的事情。”耶魯大學鳥類學、生態學與進化生物學教授理查·普魯姆指出：“自達芬奇時代以來，這就是一個經久不衰的研究領域。功能形態學研究在很多方面落後於其他研究，但它的重要性不容忽視。他們正在做一項偉大的工作。”

普魯姆表示飛行實驗室的研究讓人們意識到鳥類飛行的複雜性，同時瞭解鳥類在飛行時身體發生哪些變化。“根據他們的發現，鳥類的飛行就像阿裡的拳擊一樣，會上演很多不同的移動。”起飛時，鳥類向上拍打翅膀，在達到極限之後再向下移動，最後飛向藍天。托爾巴斯克說：“翅膀會捲入空氣，就像風扇一樣，同時在下方形成氣體噴射，速度達到每小時10英里（約合每小時16公里）。”

在托巴爾斯克眼裡，最令人吃驚的鳥類莫過於蜂鳥，主要原因就在於它們的體型。實際上，他們一個重要研究課題就是鳥類的形態學特徵如何影響它們的行為。鳥類體型越小，飛行的敏捷性越高——天鵝可能需要兩個足球場的距離才能完成起飛，而蜂鳥卻可以像直升機一樣。托巴爾斯克說：“鳥類體型越小，空氣對其身體的粘性越大。”這部分解釋了蜂鳥為何擁有如此驚人的機動性以及為何能夠在空中長時間盤旋。

在漫長的歲月變遷中，蜂鳥的翼骨大幅縮短同時進化出巨大的胸肌，允許它們一秒鐘振翅80次。托巴爾斯克說：“蜂鳥可以像直升機一樣盤旋一個半小時，其他鳥類則無法做到這一點。”根據感測器獲取的資訊，蜂鳥的大腦在翅膀仍向上拍打時就已產生向下拍打的肌肉信號。戴爾指出，人類在鳥類身上學習到一系列飛行技術，借助於鳥類飛行研究取得的發現，未來的飛行器將具備和鳥類一樣令人不可思議的飛行能力