鸟类把身躯献给飞行

原创 大科技杂志社 2018-10-13 12:20:30
老鹰捉小鸡，从几公里到几十厘米都要得到猎物的清晰图像，这是怎么做到的？为了飞行需要高耗能，鸟类的体温是最高的，然而竟没有“汗腺”之类的东西帮它散热，怎么办？ 另外，你可知道，不少飞鸟的脑颅厚度几乎只等同于一张纸的厚度？还有，鸟类的翅膀也能“呼吸”？
鸟类的骨骼和翅膀
飞行是所有生灵的梦想。在动物世界，我们知道可以飞行的动物其实不少，飞舞草丛、池边的蜻蜓、蝴蝶，夜行洞穴、唯我独尊的的蝙蝠，等等。然而，比起鸟类——飞行的精灵，这一切也都相形见绌。鸟类几乎可以抵达地球上任何一个角落，大天鹅和高山兀鹫能飞上上万米高空，飞越喜马拉雅山巅；北极燕鸥能长途跋涉几万公里，从北极飞到南极；尖尾雨燕平时飞行的速度为170千米/小时，最快时可达350千米/小时……鸟类这些超乎寻常的飞行能力背后，一定有一整套潜在的完美机制支撑着，那会是什么呢？
我们先来探讨鸟类为什么能飞得那么快。要想以那么快的速度穿行于高空气流，而可以不受其伤害，这可是需要非凡本领的。一些鸟类因此而发育出一些特殊的适应性构造，有些鸟类的鼻孔发育出一种像挡板一样的构造，这样，在高速飞行时，它就可以暂时关闭外部的呼吸通道，肺和气囊就不至于受到过度的空气压力的伤害了。鸟的眼睛内部也派生出一种叫作巩膜环的东西，这是一组发达的、环行排列的骨片，这样可以避免高速气流对眼睛的伤害。
对于鸟类来说，一切为了飞行，它们的适应性演化，也早已不是局部的“小打小闹”，其身体结构的设计与建造，具体到它的任何系统、器官、组织、细胞……等等，都是因飞行而生，要为飞行而改变。为了飞行，鸟类的一切外部形态都要符合空气动力学的原理。这里有两个要点：高动力和低重量。这也就是说，它要将身体的重力减至最小，又能实现最大的能量输出。
在鸟类这架飞行器上，它已经抛弃了任何可以抛弃的辎重。一般的动物，其骨骼往往占很大比重，而飞行鸟类不是这样。它们的骨骼都是中空的，其重量只占它们体重的很小。大家都知道羽毛很轻，然而，有的鸟类的羽毛重量甚至超过了它们的骨骼重量。
许多鸟类的脑颅厚度几乎等同于一张纸的厚度。尽管鸟类的头骨材料得以大幅度的节省，但是它们的强度却没有降低，你看那啄木鸟，它每天都要拼命地敲击又硬又实的树干，它的头骨如果没有巨大的承受力是不可想象的。骨骼很轻，强度不减，这得益于鸟类骨块之间相当完善的愈合本领，这种愈合在鸟的所有强应力点上都得到了加固。
为了保持较轻的体重和干燥的羽毛，汗腺这种动物常用的“设备”，也都成为可以抛弃的奢侈品。鸟类的尾巴也早已退化，愈合为非常小的一段骨板——尾综骨，这样既减轻了飞行重量，又增加了飞行的稳定性。鸟类甚至把它们的繁殖器官都减至最小，一般的雌鸟都抛弃了两个卵巢中的一个，在非繁殖季节，雌鸟和雄鸟的性器官都要萎缩。
这里需要特别说说羽毛。我们知道羽毛为鸟类提供了流线型的外表，却不知它的功劳其实比我们想象的大得多了。如果仅就羽毛的重量而言，它可能比人类设计的任何飞行机翼都要轻便和结实。它是动力的源泉，这不仅表现在它的轻小重量，还因为飞行所需的升力和推力的输出，也是来源于主要由羽毛构成的翅膀。鸟类羽毛还是体温调节器，其保温功能是非常强大的，这可以使它们能够生活在地理上最寒冷的南极、北极和跨越世界最高山脉——喜马拉雅山脉。
为了飞行，鸟类也需要作出牺牲。譬如说，大自然对哺乳动物的要求是非常宽松的，宽松的环境产生了自由的体型与生活方式，它们的身体构造既可以适于游泳、爬行、掘洞，也可以适于奔跑与攀爬。而鸟类就没有那么多的选择，它的体型只适合飞行。有所为而有所不为，鸟类将自己的身驱真正地献给了飞行。
为了翱翔而存在的生命体
飞行是鸟类的生命，它的器官、系统，也都因之而设，为飞行而缔造。
强大的心脏与血液循环，是飞行的动力保障。一只小鸟的心脏在体中所占有的比例是人的好几倍，举个例子，蜂鸟是鸟类中最小的种类，然而它却长了一个相对琐大的心脏。鸟类的心脏不仅肌肉发达、体积巨大，而且跳动速度也高于其他动物。一只小鸟的心率可以达到每分钟几百次，而作为哺乳动物的人类每分钟只是几十次。
鸟类的呼吸与散热也是极有效率的，这使得鸟类可以长时间地飞行。除了肺，它们演化出一个特殊的气囊构造，这些气囊及其枝叶末梢，几乎遍布于鸟类身体的各个部分。正是由于气囊的存在，鸟类无论是在呼气还是吸气时，它们的肺部始终有足够的新鲜氧通过。
在高强度的运动后，鸟类会产生大量的热，这是体温最高的一种生物。然而，鸟类为了减轻负荷，连“汗腺”这样的东西都给省掉了，那大量的废热又如何让它消散呢？ 在这里，肺与气囊又起了作用，它们共同充当了鸟类飞行的“冷却系统”。
当然，在飞行中鸟类拍打翅膀也是很管用的。翅膀的每次向下拍动都会挤压胸廓，使其内部的气体排出体外；而在上扬翅膀的过程中胸廓容积就会增大从而吸入空气。敢情，鸟类的翅膀也在参与呼吸与散热呢。
鸟类真是了不起，可你大概又有疑问了：鸟类都吃什么呀？如此长距离、高强度的飞行，又得要消耗多少能量与营养？
当然，飞行带给了鸟类非常苛刻的食物选择权。它们选择的主要都是种子、果实、昆虫、鼠类、鱼等富含营养与热量的食物，还得是易于消化的。那些需要很长时间才能转化为能量输出的食物自然是不入选的，因为长时间携带它们飞行本身就要消耗较多的能量。
此外，为了适应飞行，鸟类的消化系统也发生了很大的变化。一般而言，鸟嘴只具有简单的撕裂、切割功能，这就是角质喙。鸟类的牙齿也为了减负而抛弃了，这个功能在很大程度上被肌胃所替代了，这是一个肌肉非常发达的膨大部分，肌胃的内部通常充满沙砾，可以很好地研磨食物。鸟类的消化是相当高效、快捷的，一般的果实从被吞入消化道内到最后排除，通常只需要几十分钟的时间。
鸟类塑造了世界上最完美的飞行，也正是飞行，给予了鸟类坚强特异的生命。这是伟大的自然造化，这经历了几千万年的残酷考验——鸟从数千万年前就在地球上空翱翔了。

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