科普园地|鸟儿为何飞得如此轻松

科普园地|鸟儿为何飞得如此轻松

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中国科技网

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https://www.stdaily.com/guoji/xinwen/202406/32cb0194db864b57904a300fe7274cf5.shtml

鱼鹰、鹰、猎鹰甚至秃鹫可长时间在空中翱翔，而很少扇动翅膀，显得轻松惬意。这种沿着上升气流滑翔飞行方式几个世纪以来一直让科学家着迷。现在，美国佛罗里达大学进化生物学家首次报告称，翱翔的鸟类是利用肺部来增强飞行能力的，且该能力随时间推移而不断进化。相关论文发表在近期的《自然》杂志上。

图片来源：物理学家组织网

哺乳动物在呼吸时，空气沿同一路径进出。相比之下，鸟类的呼吸方式很独特：肺是固定的，空气通过一系列气球状的气穴以一个恒定的方向泵入其中，这些气穴会膨胀和收缩。从这些气穴分出许多称为“憩室”延伸部分，憩室的功能迄今人们仍不太清楚。

研究团队在一个红尾鹰解剖研究中，偶然发现了一种独特的气囊，称为胸肌下憩室（SPD）。通过CT扫描观察，研究人员发现，胸肌（下冲拍打肌肉）和喙上肌（上冲拍打肌肉）之间有一个巨大的凸起，这两块肌肉都位于红尾鹰胸部靠前的位置。

团队推测，这种气囊可能对翱翔的力学原理很重要。为了验证假设，他们调查了68种鸟类中气囊的存在与否，这些鸟类广泛代表了现存鸟类的多样性，以评估翱翔飞行和这种独特结构是否与进化有关。

结果非常明确：SPD在翱翔鸟类谱系中至少进化了7次，但所有非翱翔鸟类都没有这种基因。这种进化模式强烈表明，该独特的结构对于翱翔飞行具有重要的功能性。

为了更好地了解气囊对飞行力学的影响，研究人员以数字方式模拟了气囊对胸肌的影响。计算机模型表明，气囊膨胀会增加胸肌的杠杆臂，SPD提高了鸟翼保持在水平位置的能力。研究中，团队也排除了SPD其他功能的可能性。

此次研究显示，与哺乳动物的肺不同，鸟类的肺不仅可用于呼吸，其肺部还有一种构造，可在翱翔时更好地运用飞行力学。这也意味着，鸟类的肺可能具有许多其他尚未发现的未知的、有趣的非呼吸功能。