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鸟类为何能在空中飞翔?

来源:新华网    发布日期:2018-10-08

地球上的鸟类各种各样,除了鸵鸟、企鹅等少数鸟不能飞行以外,绝大多数鸟都善于飞行。鸟类是如何在空中飞翔的?这和鸟类极为特殊的自身结构有关。作为前肢特化形成的结构,鸟的翅膀在飞行中发挥了重要作用。与昆虫不同,鸟的翅膀上长有特殊排列的飞羽,当翅膀展开时,每根羽毛都略有旋转能力。两翅上下扇动时,会产生巨大的下压抵抗力,从而使鸟类能够向前飞行。

在羽毛的结构中,正羽的羽干有一系列纤细的羽枝,每一根羽枝有若干细小的羽小枝,而后者上面排布着微小的钩子。相邻的羽小枝相互连接,形成了形状扁平而有弹性的羽片,能够减少空气阻力。鸟翼及尾部的正羽,对飞翔和平衡起到了决定作用。

此外,鸟类发达的胸部肌肉——胸大肌和喙上肌为飞行提供强大的动力。前者负责翅膀向下拍动的运动,后者则负责抬起翅膀。为了给鸟类提供更大的附着面,大部分鸟类都具有一块发达的龙骨突。很多御风而行的鸟类,例如,能够飞行数十天不休息的军舰鸟,能够巧妙利用气流节省体力,乘风而上却不用挥动翅膀。

白鹳 张敬拍摄

体重问题是飞行中不得不面临的巨大挑战,鸟类在漫长的进化过程中形成了自己的绝妙对策。有些鸟类骨骼非常薄,有的骨骼愈合在一起,还有一些鸟骨内中空以减轻体重。并且鸟类的食量大、消化能力强、直肠短、未经消化的食物残渣很快就随粪便排出。

除此之外,鸟类飞行时往往需要消耗大量的能量。细胞利用氧,将有机物分解成二氧化碳和水,并将储存在有机物中的能量释放出来,供给生命活动的需要。而高空中稀薄的氧气含量,对于鸟类的呼吸系统提出了更高的配置要求。鸟的呼吸作用旺盛,在胸腔中具有9个与肺相通的气囊。气囊只有贮存气体的功能,而没有气体交换的作用。当鸟类吸气时,气囊扩张,大量的新鲜空气直接通过支气管进入气囊。同时,还有部分气体进入肺部的毛细支气管,并与血液进行气体交换。呼吸时,气囊缩小,其中贮存的新鲜空气进入肺中的毛细支气管,与其中的血液再次进行气体交换。这样在鸟类吸气和呼气时,气体两次在肺部均能进行交换,大大提高了气体交换效率,这种极其独特的双重呼吸方式与鸟类飞行生活耗氧量大、生命活动旺盛是相适应的。

鸟类的气囊与双重呼吸示意图 程兆洁绘

与其他哺乳类相比,鸟类的大脑皮层并不发达,但是小脑非常发达,这与鸟类飞翔运动的协调和平衡相关。鸟类的中脑在背部构成一对发达的视叶。鸟类拥有非常发达的视觉器官,有些能在疾飞中捕食,其眼部的睫状肌可以迅速调节视力,聚焦目标。此外,鸟眼的瞬膜发达,可以湿润眼球,不影响视线。尤其在高空飞行时,还能够防止风沙对眼球的伤害。

鸟类的体温不会随着环境温度的变化而改变,恒定的低温增强了其对环境的适应能力,扩大了动物的分布范围。

鸟类的身体呈流线型,体表覆羽,前肢变成翼,骨骼轻、薄、坚固,胸肌发达,有气囊辅助肺呼吸,这些结构使得“天高任鸟飞”成为了可能。


编辑:林观夏
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