一定要有翅膀才能飞行吗
2024-10-14枨不戒
提到飞行,我们第一时间会想到鸟和昆虫,那些长着翅膀的美丽动物装点了天空,成为充满诗意的风景。除此之外,在我们的日常视线以外,还有一些奇异的动物,它们虽然没有翅膀,但同样获得了飞行的能力。
对人类而言,飞行是一个浪漫的梦想,象征着自由。可是对动物来说,生存才是第一目的。这些没有翅膀的动物会进化出飞行的能力,是迫于生存的压力。
在广袤的地球上,地形、气候差异极大,既有炎热荒芜的沙漠,也有潮湿繁茂的雨林,不同的环境造就了动物不同的习性。北方辽阔的高山里,生活在云杉林中的小型哺乳动物,为了躲避危险,无师自通地掌握了滑翔技能;在每一寸空间都被植物因争夺阳光而填补的热带雨林里,地面几乎无法行走,因此生活于其中的爬行动物只能居住在高高的树冠之上,为了在树木之间游走捕食,它们进化出了飞行能力,能够从一个树冠降落到另一个树冠;干燥的澳洲草原上,有一种爬行动物因求偶而进化出飞行能力,原来飞行还与延续生命息息相关;生活在森林里的节肢动物,依靠飞行进行迁徙,用尽所有勇气踏上未知的征途,为自己求得生存的机会;在蔚蓝的海洋里,有些鱼类能够从水面高高跃起,在空中滑翔数十米远,这令人惊叹的场面不是为了炫技,而是为了躲避天敌的追捕。
现在,就让我们一起来看看,这些神奇的动物是如何实现飞行的吧。
可以滑翔的翼膜——飞鼠、飞行狐猴
提到会飞的哺乳动物,大家最先想到的都是蝙蝠。蝙蝠靠着进化出的翼膜,成为哺乳动物中唯一能够真正飞翔的动物。拥有柔软绒毛、骨骼厚重、身体呈圆柱形的哺乳动物似乎天生和飞行无缘,但在滑翔这个领域,一些小型哺乳动物能力出众。
从热带到寒带的森林里,都能见到一种会飞的松鼠——飞鼠。飞鼠虽然没有翅膀,却自带滑翔翼,身上长着一层毛茸茸的翼膜,包裹着从脖子到前爪,再到后爪的身体。只要它张开四肢,伸展身体,就能变身为滑翔机,轻松穿越树木滑翔俯冲。飞鼠的翼膜十分轻薄,却又充满韧性,上面布满了神经,让飞鼠能够精准控制翼膜上的每一块肌肉。展开的翼膜能够提供强大的升力,托起飞鼠自身体重6倍的重量。在飞行的同时,飞鼠还能携带大量松果。飞鼠飞行的秘诀,来自长在翼膜前爪部位的一对翼尖。这对向外突出的软骨棒,不仅能够制造空气旋涡产生升力,还能让飞鼠灵活控制翼膜的折叠和伸展,用来改变飞行的方向和速度,以躲避障碍物和天敌。
飞行狐猴不是狐猴,而是猫猴,它们生活在东南亚的丛林中,平时栖息在树上,晚上出来活动、觅食。飞行狐猴飞行的方式与飞鼠相似,都是利用前腿与后腿之间皮肤形成的翼膜进行滑翔。当翼膜扩张开来后,整个身体如同一把降落伞,能够稳稳驾驭上升的气流,一次可以滑翔100多米。
但是,这种飞行与飞翔有着本质的区别。它们只能从高处往低处滑翔,而鸟类和蝴蝶、蜻蜓不仅能够从高处飞到低处,还能够从低处飞向高处。相比哺乳动物,在滑翔这个领域,身体结构更为简单的爬行动物拥有更多飞行员。
压扁身体模拟翅膀——天堂金花蛇
东南亚的热带雨林里,生活着一种奇异的飞蛇,名叫天堂金花蛇。
天堂金花蛇平常栖息在树上,通过伪装色与树干融为一体。当发现猎物时,它会闪电般地扑过去,在树与树之间敏捷地穿梭飞行。天堂金花蛇的食物主要是蜥蜴和壁虎,有时也会捕食小鸟和蝙蝠。天堂金花蛇起飞的时候,会先把自己挂在树上摇摆,然后猛地将自己抛射出去;下落的时候,身体以波浪状前行,如同在空中游泳一般。天堂金花蛇在飞行中能够灵敏地躲避障碍物,降落时水平前进的距离是垂直下落距离的4倍,堪称滑翔小能手。天堂金花蛇能够实现飞行,主要在于它的肋骨。在起跳的时候,它会用力扩张肋骨,让身体尽量变宽。这时,扁平的身体形成一个“机翼”,托起身体,让它不至于直线下坠。不仅如此,天堂金花蛇还熟知空气动力学,在空中它会“S”形游动,这时空气通过身体之间的缝隙,会产生更多升力,让它的飞行游刃有余。天堂金花蛇滑翔的样子,从远处看,像是一条飘动的丝带。它利用头和尾巴的轻微摆动来控制方向,最高时速可达32.2千米。
撑开肋骨,制造复合翅膀——斑飞蜥
在马来西亚的丛林里,生活着一种能够飞行的蜥蜴,名叫斑飞蜥。
斑飞蜥和前面三种动物不一样,它拥有一对显眼的炫彩“翅膀”,独立于四肢之外,远看像蝴蝶的翅膀。这对“翅膀”,其实是它的翼状皮膜,依附在5根外延的肋骨上,橘红色或黄绿色,上面散布着黑色斑点。当斑飞蜥展开“翅膀”时,两只“翅膀”会合成一个半圆形,如同一把打开的彩色折扇。借助前肢的牵扯和尾巴的摆动,这把“折扇”时而打开,时而收小,精准调节方向和速度,让斑飞蜥在树林之间灵活飞行。当斑飞蜥在树上爬行时,“翅膀”则会折叠起来,紧贴两侧肋骨,完全不影响行动。飞行时,斑飞蜥从树梢翩然飘落,看起来如同被风吹落的树叶,能够有效躲避天敌。
撑开脖子上的大伞——澳洲伞蜥
掌握飞行技能的蜥蜴大家族里,除了拥有一对炫彩“翅膀”的斑飞蜥,还有撑伞进行滑翔的澳洲伞蜥。
澳洲伞蜥又名斗篷蜥蜴,外观与普通蜥蜴大相径庭。它的脖子周围长着一大圈松散、皱褶的领圈状皮膜,这使得它的头部显得硕大、笨重,整个身体看起来比例失调。澳洲伞蜥生活在树上,身体一般为黑褐色或灰褐色,能够完美隐匿在树皮上。到了求偶季节,澳洲伞蜥就会像撑伞一样撑开脖子上的皱褶,伞面呈现出鲜红色或黄色。小小的头部配上颜色绚丽的“大伞”,不禁让人联想到文艺复兴时期欧洲贵妇人脖子上华丽的蕾丝拉夫领。这把“大伞”越是明艳、硕大,就越能吸引雌性澳洲伞蜥的注意力,和孔雀开屏一样,都是展现自身DNA优越的手段。除了求偶,澳洲伞蜥在被激怒时也会撑开“大伞”,让自己的体形看起来更大,用夸张的形态吓唬敌人,趁着敌人没反应过来,身体直立起来,用两条后腿迅速逃走。因为头重脚轻,它经常跑着跑着,就一头栽倒。如果情况危急,在树上的它会直接跳下去,利用脖子上的“大伞”进行短距离滑翔,从空中逃离。
利用蹼膜制造降落伞——黑蹼树蛙
爬行动物的飞行员队伍里,还有一只小可爱——飞蛙。
在东南亚的热带雨林里,生活着一种黑蹼树蛙。这种蛙长得乖巧可爱,身体是鲜艳的亮绿色,体长只有8~10厘米。黑蹼树蛙的脚很大,脚趾之间长着又宽又薄的蹼膜,蹼膜张开之后,面积可以达到20平方厘米,如同撑开了降落伞,能够有效减缓下降的速度,帮助其滑翔。黑蹼树蛙几乎从来不下地,一生在树上生活。它拥有蛙类优越的弹跳能力,这使得它能够滑翔15米以上,轻松地在丛林中游走。当它降落的时候,黏性的趾垫会帮它抓牢树干,实现平稳“着陆”。更加神奇的是,它在飞行的同时还会吸气收腹,利用升力在空中调整方向、灵活转弯,躲避障碍物。
用胸鳍滑翔——飞鱼
《古今诗话》中记录了一句诗——“大海从鱼跃,长空任鸟飞”,借助鱼与鸟的意象,歌颂个人努力拼搏的精神,从此鱼、鸟成了相提并论的典故。其实,鱼不仅能跃,也能飞。
大海中生活着一种可以飞行的鱼——飞鱼。飞鱼并不是一种鱼,而是能够滑翔的几十种鱼类的统称。它们拥有流线型的细长身材和超级发达的胸鳍,当胸鳍完全展开时,就像是张开了两对翅膀,神似蜻蜓。当它们想要飞行时,尾鳍会像螺旋桨一样在水中转动,利用强大的推力使其高高跃出水面,然后保持直立的姿势,用尾巴点水,同时展开翅膀一样的胸鳍,借助升力在空中滑翔。飞鱼一次滑翔的距离能达到15米,时速为46~65千米,比电动车还快,连续滑翔可以前进数百米。飞鱼明明是水生动物,却进化出飞行的本领,是迫于生存压力。如果我们在海中航行,能够近距离观察飞鱼,就会发现,每条跃出水面的飞鱼身后,必然跟着一条追赶的大鱼。是墨守成规变成掠食者的盘中餐,还是不破不立地飞出水面求得一线生机?自强不息的飞鱼选择了后者,也缔造了生命的奇迹。
转动身体定向滑翔——滑翔蚁
前面出场的都是脊椎动物,在无脊椎动物里,也有不依靠翅膀实现飞行的节肢动物。
美洲的雨林中生活着一种无翼的滑翔蚁,它既模拟不了翅膀,也没有“降落伞”,滑翔的方式十分硬核,是依靠独特的运动方式产生升力,从而实现滑翔的。滑翔蚁通体黑色,看起来和普通蚂蚁没什么区别,却是节肢动物里专业级别的跳伞运动员。滑翔蚁起飞时,会从树干上直接跳下,转动向外的长腿减少阻力,身体围着长腿转动,以非平衡运动产生的升力停留在空中,然后滑翔到目标地点。滑翔蚁控制方向的办法也很硬核,靠的是屁股和腿部的运动。一旦方向偏离,它就会在空中翻跟斗,通过这种方式调整身体姿势,利用屁股着陆。热带雨林的地面经常有积水,滑翔蚁一旦掉落地面,就会面临死亡。在求生本能的驱使下,滑翔蚁在被风、雨水吹落或打落时,会通过肢体运动实现滑翔,为自己赢得生存的机会。
利用电场飞行——蜘蛛
最后出场的,是无翅膀飞行界冠军——蜘蛛。
前面出场的动物,要么是利用身体的特殊器官飞行,要么是利用身体运动原理飞行;而蜘蛛就高明多了,走的是“魔法”途径——气球飞行,靠的不是开发身体,而是依靠大气中的电场。
蜘蛛在进行飞行前,会让身体像气球一样膨胀起来。当肚子充气到一定程度后,它就会踮起脚尖,屁股朝向空中释放蛛丝;带着负电荷的蛛丝与带负电荷的植物相斥,形成静电上升力,将其托举到空中,就像是放气球一样,顺着举力悠悠飞行。蜘蛛腿上的腿毛能够探测大气电场,响应电场静电力,判断自己何时起飞。蜘蛛的体重很轻,蛛丝更是细到纳米级别,因此它们能够借助空气的黏稠度实现电场悬浮。除了精准利用电场,蜘蛛还是空气动力学专家,在空中能够依靠蛛丝捕捉风力,利用气流飘浮到4000米的高空,从而躲避掠食者。在借力这方面,蜘蛛做到了登峰造极,它的飞行距离完全秒杀前面出场的所有动物。有人在离陆地1600千米的海洋上发现了飞行的蜘蛛,飞行距离堪比鸟类,它们可谓是无翅膀飞行动物中实打实的冠军。
蜘蛛之所以进行气球飞行,就和鸟类迁徙一样,都是为了自身种族的延续而采取的冒险行为。蜘蛛的繁殖能力很强,体形大的蜘蛛可以一次产卵上千枚,如果小蜘蛛不进行迁徙,就会严重挤压生存资源。雌性蜘蛛在产卵时,会把卵囊挂在洞口,小蜘蛛出生后,就会通过飞行进行长距离迁徙,为自己寻找栖息地,避免近亲繁殖和资源争夺。每年的5月或8月,澳大利亚南部的蜘蛛都会迁徙,大量蜘蛛通过气球飞行集体搬家,数量高达数百万只,造成白色蜘蛛雨的奇观。
这些神奇动物对空气动力学的利用,也给人类带来了诸多启发。研究没有翅膀的生物如何在空中停留,对航空航天领域有重要意义。