【世界熱聞】為什么只有翼龍、鳥類和蝙蝠這三類脊椎動物，征服了天空？

審核專家：冉浩（知名科普作家）

(相關資料圖)

在藍天中翱翔是人類長久以來的夢想，早在公元前500年就有人把自己綁在風箏上，試圖從天空俯瞰大地。

1783年，人類實現了輕質飛行器載人飛行。1902年，人類又實現了自主供能的重質飛行器載人飛行。從最早設想在空中飛翔到最終實現這個夢想，人類用了2000多年。

其實在四足動物界，早已有物種先于人類從空中看到了地面的風景。第一次脫離地面，從天空俯瞰世界的是2億多年前出現在地球上的翼龍。隨著物種的不斷演化，鳥類和蝙蝠也開始在天空中飛行，而且比起人類來說，它們不需要借助任何工具。

那么，翼龍、鳥類還有蝙蝠都是怎么飛起來的呢？

飛向藍天的奧秘

不管是翼龍、鳥類還是蝙蝠都長著翅膀。翅膀這一結構是它們能夠飛行的基礎。

根據伯努利原理，在低速的流體中，流速小的地方壓強大，流速大的地方壓強小。翼龍、鳥類以及蝙蝠起飛時，空氣（即流體）一接觸翅膀便被翅膀前端切割為上下兩部分。由于翅膀存在一定的弧度，所以上下兩部分空氣在通過翅膀時經過的距離并不相同。

（來源｜en.wikiversity.org）

空氣經過翅膀上方的距離長，經過翅膀下方的距離短，而通過時間相等，因此空氣在翅膀上方的流速快，在翅膀下方的流速慢，這就導致翅膀上方的壓強小于翅膀下方的壓強，于是就產生了向上的力，正是依托產生的升力，翼龍、鳥類以及蝙蝠得以脫離地面，飛向天空。

前面解釋了翼龍、鳥類、蝙蝠飛行的基本原理，但是在實際飛行過程中，三者的飛行方式存在著一些差異。

（來源｜互動科普）

翼龍的翅膀（通常我們稱之為翼膜）僅由一根伸長的手指支撐，這種結構決定了翼龍無法像鳥類那樣高速飛行。

某些翼龍體型巨大，飛行時非常依賴氣流，這樣能使它們更輕松地離開大地。通過模擬實驗，科學家們推測翼龍飛行時速度不快，而且飛行方式比較簡單。

鳥類的飛行方式很多，比如撲翼、滑翔、盤旋等，這與鳥類的翅膀形狀和大小、肌肉強度等因素有關。一般來說，鳥類的翅膀有4類：橢圓型、高速型、大展弦比型以及帶翼縫大升力型。

橢圓型翅膀又短又圓，這種翅膀適合快速起飛及轉彎，擁有這種翅膀的鳥兒能夠自如地在林中穿梭，啄木鳥、喜鵲就屬于這一類型。

▲喜鵲（來源丨維基百科）

高速型翅膀短且尖，能夠幫助鳥兒達到較高的飛行速度并在空中捕食，蜂鳥、燕子是這一類型的代表。

▲蜂鳥（來源丨維基百科）

大展弦比型翅膀長、窄、平，能夠較好地利用風速的差異帶著鳥兒在天空中滑翔，飛過一望無際的大海，信天翁等海鳥的翅膀多是這一類型。

▲信天翁（來源丨unsplash）

帶翼縫大升力型翅膀能夠較大程度減少空氣阻力，并利用熱氣流讓鳥兒在陸地上空緩慢地飛行，多見于禿鷲、貓頭鷹等猛禽。

▲禿鷲（來源丨pixabay）

蝙蝠的翅膀與翼龍的有相似之處，但是支撐蝙蝠翅膀的手指有4根，這使得蝙蝠的翅膀穩定性更高，因此蝙蝠對飛行的控制能力要高于翼龍。

但是由于后肢不夠發達，跳躍能力退化，蝙蝠很難像鳥類一樣從地面起飛。因此蝙蝠的起飛方式相當特別——采用倒掛的姿勢起飛。

▲蝙蝠（來源丨維基百科）

會飛的都是親戚嗎？

脊椎動物中，僅有翼龍、鳥類和蝙蝠真正突破了地面空間，飛向了廣闊的天空。根據生物學分類，翼龍屬于爬行動物，蝙蝠屬于哺乳動物，鳥類則演化自恐龍，與這兩類并列。這三者之間是遠緣的，都是各自獨立演化出了翅膀。那么為什么它們有類似的結構，并且都會飛呢？

生物學家將這種現象稱為趨同演化。之所以出現這種現象，可能是由于它們的祖先長期生活在相同或相近的環境下而產生的趨同演化。

為了適應環境，生物會演化出特定的結構，演化出特定的功能，而相似的環境使得他們朝著相似的方向演化，于是便出現了形似的翅膀、會飛的功能等。類似的案例還有中生代的海生爬行動物魚龍與現代的海豚外形相似、鼴鼠與螻蛄具有形狀相似的挖掘前肢（前足）等。

▲魚龍化石（上）和海豚（下）（來源丨維基百科）

雖然人類沒有演化出翅膀，不能實現自主飛行，所幸人類可以運用智慧，研究飛行動物的身體結構，探索它們的飛行奧秘，并利用其中的原理設計制造各種機械裝置，以實現長久以來的飛行夢。

動物最初的起飛大概率是為了生存——或是為了躲避天敵，或是為了捕捉獵物；而人類起飛是為了發展，為了改變，為了突破。不管初衷為何，在升上天空的過程中，無論是翼龍、鳥類、蝙蝠，還是人類，都已在地球的歷史上記下了濃墨重彩的一筆。

標簽： 脊椎動物 長久以來