生物学家揭鸟类飞行秘密:胸肌是天然发动机(组图)

　　网易探索1月8日报道 美国《纽约时报》报道，即使最平凡无奇的鸟所具备的飞行能力也让人类的飞机自愧不如，美国蒙大拿州大学飞行实验室的生物学家对此深有体会。实验室创始人肯尼思・戴尔表示：“鸟类能够做一些非常引人注目的事情。它们能够在短短几秒钟内将速度从零加速到每小时40英里（约合每小时64公里）或者降落在处于移动状态的树枝上，令人非常吃惊。”

　　戴尔和同为生物学家的布莱特・托巴尔斯克一直致力于缩小飞行器与鸟类飞行能力之间的差距。在飞行实验室，他们与几名研究生共同努力，试图揭开鸟类飞行的秘密。风洞实验中，他们在鸟类翅膀前缘上方发现了涡流，正是它增加了鸟类的升力。为了研究鸟类的飞行，他们还在姬地鸠和大乌鸦等鸟类胸部植入晶体传感器，测量飞行过程中的肌肉收缩。托巴尔斯克说：“胸肌是鸟类的发动机，飞行时所需的能量有80%来自胸肌，这也就解释了它们为何是鸟类的最大组织。”

　　在进行风洞实验时，研究人员使用高速摄影机拍摄下鸟类的飞行影像，了解它们以时速20英里（约合每小时32公里）或者更高速度飞行时的诸多细节。此外，他们还在鸟身上安装微型面罩以测量新陈代谢。CT扫描则被用于揭示鸟类飞行的物理过程。研究中，他们对鸟类的骨骼进行扫描并与飞行时拍摄的三维X光片结合在一起，创建鸟类飞行的动画。博士生阿什利・希尔斯表示：“你能够在动画中看到鸟类飞行时的关节运动。”

　　托巴尔斯克说：“这些工具允许我们了解做梦都在考虑的事情。”耶鲁大学鸟类学、生态学与进化生物学教授理查德・普鲁姆指出：“自达芬奇时代以来，这就是一个经久不衰的研究领域。功能形态学研究在很多方面落后于其他研究，但它的重要性不容忽视。他们正在做一项伟大的工作。”

　　普鲁姆表示飞行实验室的研究让人们意识到鸟类飞行的复杂性，同时了解鸟类在飞行时身体发生哪些变化。“根据他们的发现，鸟类的飞行就像阿里的拳击一样，会上演很多不同的移动。”起飞时，鸟类向上拍打翅膀，在达到极限之后再向下移动，最后飞向蓝天。托尔巴斯克说：“翅膀会卷入空气，就像风扇一样，同时在下方形成气体喷射，速度达到每小时10英里（约合每小时16公里）。”

　　在托巴尔斯克眼里，最令人吃惊的鸟类莫过于蜂鸟，主要原因就在于它们的体型。实际上，他们一个重要研究课题就是鸟类的形态学特征如何影响它们的行为。鸟类体型越小，飞行的敏捷性越高――天鹅可能需要两个足球场的距离才能完成起飞，而蜂鸟却可以像直升机一样。托巴尔斯克说：“鸟类体型越小，空气对其身体的粘性越大。”这部分解释了蜂鸟为何拥有如此惊人的机动性以及为何能够在空中长时间盘旋。

　　在漫长的岁月变迁中，蜂鸟的翼骨大幅缩短同时进化出巨大的胸肌，允许它们一秒钟振翅80次。托巴尔斯克说：“蜂鸟可以像直升机一样盘旋一个半小时，其他鸟类则无法做到这一点。”根据传感器获取的信息，蜂鸟的大脑在翅膀仍向上拍打时就已产生向下拍打的肌肉信号。戴尔指出，人类在鸟类身上学习到一系列飞行技术，借助于鸟类飞行研究取得的发现，未来的飞行器将具备和鸟类一样令人不可思议的飞行能力。