飛行—廣闊無垠的夢想

最新 12-04

今日飛行曲

每次我看著夜空都會覺得有點笨

他已經跟著別的星球一起離開了

我還是依然記得依然知道他出現的天文特徵是幾時幾分

索引INDEX

飛行始祖——昆蟲的飛行

空中巨獸——翼龍的飛行

天空霸主——鳥類的飛行

暗夜幽靈——蝙蝠的飛行

飛行進化史

對於飛行這一偉大的夢想，人類是艱苦的實踐者。千百年來，人類已經在這條路上探索了無數次，也失敗了無數次。人類追逐飛行之路，亦是探索生物進化之路。今天，我們通過化石資料的解析知道，鳥類，以及更多嘗試飛上天空的物種——最早進化出飛行器官的昆蟲，曾經的天空霸主，遠古巨獸翼龍，我們的哺乳近親蝙蝠，還有其他飛行路上的探索者，是如何在漫長歲月中打造出自己的飛行之路的——事實上，它們各自的方式還頗為不同。

飛行始祖

昆蟲

INSECTS

當我們談論飛行的時候，我們常談論鳥類，然而，體型偏小的昆蟲卻是非常出色的飛行家。它們不僅是規模最龐大的飛行家族，更是探索飛行的先驅者。科學家在古老地層中發現一種有翅昆蟲的化石，它已在地表下被埋藏了3.5億年。絕大部分昆蟲都可以飛行，它們有著脆弱而堅韌的翅膀，而這一對對翅膀極為與眾不同。觀察其他所有大型飛行動物我們可以發現，它們的翅膀是由前肢進化而來的，昆蟲擁有的卻是完全獨立的飛行器官。昆蟲的翅膀是由向兩側擴展成的側背葉發展而來的。

各種各樣的昆蟲翅膀

蜻蜓目和鞘翅目

古老的飛行昆蟲擁有兩對翅膀，蜻蜓就是其中的代表。蜻蜓幼蟲完全在水中生活，經過蛻皮羽化後才長出翅膀，成為蜻蜓。它們的四隻翅膀可以各自扇動，飛行能力很強。速度快，可衝上雲霄，可在空中急轉，甚至可以倒退。甲蟲們則有不同的飛行方式。鞘翅目昆蟲也稱為甲蟲，是昆蟲綱乃至動物界種類最繁複的一類昆蟲，擁有超過30多萬種物種。它們的前翅角質化，在靜止時合攏覆蓋在軀幹之上，可以保護軀幹和後翅。只有當它們飛行時，隱藏在前翅下的膜質後翅才會露出來。後翅是主要的飛行器官，不過，張開的前翅也可為飛行提供一些升力。鞘翅目昆蟲更適應了陸地生活，它們不經常飛行。

前方甲蟲密集高能！！！

鞘翅目的各位藝術家們

張翅狀態的鞘翅目~

鱗翅目

蝴蝶是鱗翅目昆蟲。它們可稱為是昆蟲中的「藝術家」了，寬大斑斕的翅膀正是它們的標誌，上面布滿了鱗毛和鱗片。蝴蝶是交翅飛行的，前翅是它們的主要飛行器官。飛行時前翅交覆在後翅上，帶動後翅一起飛行。後翅幾乎不為飛行提供升力，但可以增強身體轉彎時的靈活性。寬大的翅膀減少飛行時的振翅頻率，做到緩速飛行。這些飛行特點使蝴蝶能敏捷地調整空中姿勢和飛行方向，呈現出極為不規律的飛行軌跡，更有效地躲避捕食者的追擊。蝴蝶五顏六色的翅膀顏色和斑斕的圖案具有許多功能，不僅能偽裝自己，威嚇敵人，還可以向同伴傳遞信息。繁殖期許多蝴蝶就是通過翅膀圖案來尋找吸引同伴的。

各式蝴蝶一覽

蝴蝶的偽裝色

蝴蝶的警戒色

雙翅目

還有一類昆蟲，它們可能不太受人們的歡迎，我們熟悉的蒼蠅，蚊蟲就是屬於這一類，它們就是雙翅目昆蟲。但是，它們在昆蟲的飛行進化史中是不可忽視的一代。它們，——雖名為雙翅目，卻是昆蟲界少見的單對翅膀昆蟲。雙翅目的後翅退化成一對平衡桿，只有一對前翅用于飛行。以蒼蠅為代表，蒼蠅是具有高機動性的飛行昆蟲，而這離不開一對由後翅進化而來的平衡桿。平衡桿是一對棒槌狀的器官，在飛行時它以一定頻率振動，可以感知身體平衡，幫助快速調節翅膀的運動方向，是蒼蠅的天然導航儀。此外，蒼蠅的複眼使它擁有360度的視覺，幫助它建立起極其敏捷的神經網路。

雙翅目圖片還是不放了撒

空中巨獸

翼龍

PTEROSAUR

我們知道飛行是一種反重力的運動方式，因而飛行能力似乎是與龐大體型相抵的存在。飛行意味著不斷地減輕身體負擔，縱觀自然界的飛行者，它們大多數都保持著中小型的體型。然而有這樣一種物種曾經霸佔過天空，它們或小如小型鳥類，或大若輕型客機，是當之無愧的空中巨獸。這種已經滅絕的飛行爬行類——翼龍，素未蒙面的翱翔大師，撐起我們對遠古的飛行幻想。

翼龍是第一個飛上天空的脊椎動物，它是古老的爬行類飛行動物，是遠古巨獸——恐龍的近親。（但翼龍不是會飛的恐龍哦~翼龍和恐龍分別為蜥形綱下翼龍目和恐龍總目動物。）它生活在晚三疊紀至白堊紀末時期（約2億1000萬年~6500萬年前），與恐龍在相同時期滅絕。翼龍的翼膜是從位於身體側面到極度延長的第四節翼指骨之間的皮膚膜衍生出來的，由皮膚，肌肉及其他軟組織構成。翼龍是非常適應飛行的動物，它骨骼中空伴有氣囊，頭骨有許多骨骼融合，並有多孔，晚期的一些大型翼龍牙齒退化。這些骨骼特徵在最大程度上減輕了身體重量，再加上其發達的呼吸系統和循環系統，翼龍可以自如地在空中的飛翔和滑翔。

翼龍化石——擁有極度延長的第四翼指，早期許多翼龍還有長尾巴

早期喙嘴龍

但一般認為，翼龍的翼膜還沒有後期鳥類和蝙蝠的翅膀進化得完整，較為脆弱，飛行時的靈活性較差。同時，早期許多翼龍的翼膜還連接在後肢之間，並伴有長長的尾巴，這使得後肢的獨立運動能力受到阻礙，不利於它們在陸地進行活動，它們或是懸掛在樹枝上進行休憩。當它們在地面行走時，它們還是像大部分爬行動物一樣需要四肢站立，手掌著地，翼指高高向空中翹起。

短尾翼龍是進化後的翼龍品種，它們的尾巴縮短，後肢間的翼膜同時前縮，大大增加了翼龍在地面活動的靈活性。風神翼龍是其中的代表。它是翼龍中的龐然大物，最大翼展可達到12米。它脖子纖長，站立時近似長頸鹿的體型，是名副其實的空中巨獸，有史以來最大的飛行動物。

進化後的短尾翼龍，站立時第四翼指向空中翹起

風神翼龍同樣骨骼中空，它可能有近似長頸鹿的體型，但可能還沒有兩個人重，是非常輕的動物。它們的上臂骨得到進化，以支撐它們在承受巨大的瞬間衝擊力時不至折斷。因而風神翼龍可以在陸地上起飛——它們將自己的四肢當作一張巨大的彈弓，將自己彈射向空中而起飛。

風神翼龍起飛：以四肢為彈弓彈射起飛~帥！

支撐這樣龐大的身軀飛行必然耗費巨大的能量，那風神翼龍究竟是如何在空中自由飛行的呢？事實上，它很可能就像一台大型滑翔機。依靠極輕的體重和修長的雙翼，輕拍翅膀就可以借著風力和空氣熱流翱翔。由於它的尾巴退化，這樣的大型翼龍在空中控制飛行方向變得更加困難，而相對的，飛行的機動性卻得到加強。藉由熱流和風力的幫助，這些大型翼龍能一口氣飛躍半個地球的距離。

哥輕輕一躍，就是半個地球

飛過了1億五千萬年的時空，翼龍在白堊紀末期達到了巔峰——然後，它們消失了。人們還未明確翼龍的滅絕之謎，或許就和恐龍一樣，是一顆天外隕石帶來了中生代生物大滅絕；或許是它們過度特化，大型化的進化之路還未趕上適應突如其來的環境劇變。然而，即使素未蒙面，人類依舊對這種神秘的遠古飛行爬行動物保持著憧憬與敬畏。也只有在越是科技發達的今天，我們才有機會一窺億萬年前它們瀟洒的空中飛姿。

天空霸主

鳥類

BIRDS

說到這兒，終於輪到我們今天的天空霸主——鳥類登場了。現在很多學說認為鳥類是恐龍的後代。這不僅是因為人們發現鳥類和恐龍在身體結構上有許多相似之處，近些年來在中國發現的許多長有羽毛的恐龍化石更為這一假說提供了強有力的佐證。

鳥類繼承了獸腳類恐龍雙足行走，解放前肢的巨大優勢。這意味著它在飛向天空的同時，沒有放棄陸生動物的原始能力，能更好地適應環境變化。許多學者也認為這是在白堊紀晚期鳥類最終取代翼龍成為天空霸主的原因。

體型縮小的獸腳類恐龍被認識是鳥類的原始祖先

鳥類更是為飛行而生的動物。

它們的骨骼中空，內有支架，顯得輕巧而堅固；

脊椎和肺部之間連通著多個氣囊，具有發達的呼吸系統和消化系統，這為飛行所需耗費的巨大能量提供了支持；

它們的尾椎和牙齒退化，頭骨和椎骨癒合，最大程度減輕了身體重量；

它們還擁有特殊的身體構造——胸骨中名為「龍突骨」的凸起可以附著大量的胸肌，帶動雙翅撲翼飛行。

敏銳的神經系統和視覺幫助它們高效地完成空中飛行調節。

而最最顯要的，當屬鳥類為飛行而進化出的羽毛了。羽毛是鳥類飛行的關鍵。它們翅膀上的飛羽在扇動時可以有效地利用空氣浮力，為飛行提供升力，尾羽則相當於是船舵，精準地把控著飛行方向。覆滿羽毛的雙翼也更為堅韌，能更好地保護飛行器官。

鳥類身體結構及翅膀構造一覽

鳥類有多種飛行方式，其中最有代表性的當屬撲翼飛行了。撲翼飛行是通過快速用力地扇動雙翼提供升力和推力的飛行方式，是鳥類最基本的飛行方式，但也相當耗費體力。但這種飛行方式仍然具有相當的靈活度，利於在障礙物重重的山林之間敏捷地進行飛行。一般小型鳥類可以原地起跳撲翼起飛。有些翅膀相對較小的中大型鳥類需要助跑起飛，還有些運動健將可以從水上起飛。

花式起飛大賽~

撲翼飛行的箇中好手當屬蜂鳥了，它們是唯一能在空中長時間滯留，前進或倒退的鳥類。蜂鳥以花蜜為食，它們可以懸停在花朵前吸食花蜜，甚至能隨著隨風擺動的花朵同頻率地移動。大部分鳥類是上下扇動翅膀的，而蜂鳥則是前後扇動的，這種前後運動向兩個方向產生推力，使向前向後的力相抵，實現空中懸停。這與直升機的飛行原理也是相似的。

小個子選手蜂鳥卻是飛行健將哩！

滑翔和翱翔也是鳥類常見的飛行方式。相對於撲翼飛行靠自體提供飛行能量，滑翔和翱翔更多依靠外力。滑翔是主要倚靠重力從高處向下飄行的過程，這是鳥類最簡單也最原始的飛行方式。

翱翔是一種利用氣流而獲得能量的飛行方式，它可以以上升的氣流為動能，做到不扇翼而在空中長時間飄浮。翱翔分為靜態與動態兩種形式。靜態翱翔利用上升的熱氣流或障礙物（例如山、森林）處產生的上升氣流提供升力和推力。鷹，禿鷲等大型鳥類是利用這種氣流的好手。

食腐軍團出動

而動態翱翔是利用海面上隨時間和高度不斷變化著的水平風速所產生的水平氣流進行飛行的方式。許多海鳥適用這種飛行方式。例如信天翁，它是體型最大的鳥類之一，翼展可超過3米，利用季風它能輕鬆地越過太平洋。我們經常能看到這種大型鳥類在空中繞著圓圈盤旋，那是它們正在尋找氣流，它們就是借著一個個氣流盤旋而上而自由翱翔的。

躍海飛行的信天翁

此外，還有許多鳥類練就了自己特殊的飛行技能，例如游隼，它擅長在空中捕食。平行飛行時它的速度並不算迅速，而一旦它發現獵物，它會迅速上爬佔據制高點，然後折起翅膀高速俯衝，在接近獵物時稍打開翅膀，利用高速俯衝的衝擊力將獵物一擊斃命。游隼是俯衝最為快速的鳥類，極端時速可達460千米。說到俯衝還得說說南非鰹鳥。南非鰹鳥在海上成群捕捉沙丁魚群的壯烈場面讓人閉眼難忘。捕獵時它們像轟炸機一般從空中向下俯衝，一頭扎進海里享受美味的沙丁魚群。

「俯衝家」南非鰹鳥和游隼

鳥類在歷史的進程中不斷進化，如今已經演化出9000多種物種，它們的體型大小和翅膀形態各異，各自適應了最好的生存策略。其中也有一些鳥類選擇放棄飛行，而以陸地甚至海洋為家。這些千姿百態，靈動矯捷的身軀，正是飛行進化史上最濃墨重彩的過客，它們輕盈地從天空中略過，留下關於飛行最為豐富的財產。

暗夜幽靈

蝙蝠

BATS

關於飛行，還有一個家族，在進化史上低調地探索出了自己的飛行之路。它們其實是遠比我們想像得更為精彩和神秘的生物，卻如此內斂，善於隱藏和躲避。我們習慣稱之為蝙蝠，好像它是一種明確的小型哺乳類飛行動物，實際上，蝙蝠是所有翼手目哺乳動物的總稱。

蝙蝠，是哺乳綱下僅次於嚙齒目的第二大類群，分有900多個不同物種，足跡遍布全球，在數量種類和遍布範圍上都是哺乳動物中的佼佼者。蝙蝠從5.6000萬年前左右開始進化，這在飛行動物中屬於比較晚的起步者。或許正是因為這個原因，在與鳥類的領空競爭中，蝙蝠一開始就選擇了夜行。它們是唯一具有完整飛行能力的哺乳動物，它們也並不都是體型小巧的飛行者。狐蝠，一種溫熱帶地區主食果實的大型蝙蝠，最大翼展可達到1.5米。

蝙蝠的翅膀是由指骨間相連的翼膜構成的，這與翼龍的翼膜有相似之處。但翼龍的翼膜只連接在極度延長的第四指骨之上，而蝙蝠有三個指骨伸長，支撐起前臂與身體之間的翼膜。蝙蝠的翼膜極薄，但強度高，還具有神奇的自我修復能力，在破損情況下可自行癒合。

從上往下依次是翼龍，蝙蝠和鳥類的翅膀結構

蝙蝠的翅膀柔軟而輕薄，並不擅長於長時間和高海拔的飛行，但它們的飛行具有高度的精準性和機動性，可以飛進極其狹窄的洞穴。這是因為它們的翼膜具有輕薄，骨骼柔軟，富有彈性等特點。這種飛行方式還離不開它的一種秘密武器——回聲定位。

大部分鳥類依靠極佳的視力捕獵，因而它們基本在白天出行。貓頭鷹是少有的夜行鳥類，但它也是依靠放大眼睛光線和敏銳的聽覺配合進行捕獵的。在更加黑暗和靜謐的夜空，只有蝙蝠的回聲定位才能真正適應夜間出行的需求。回聲定位是依靠從口腔或鼻腔發出超聲波，並接受聲波遇到障礙物後回彈的原理進行定位的。依靠回聲定位蝙蝠可以進行精準的飛行，在躲避障礙物時練就急停，急轉等高難度飛行動作。但它也有缺陷，聲音的傳播範圍和速度都不及光，在開闊的地域也會降低一定的適用性。