翅膀，為了天空的進化

物競天擇，適者生存。達爾文說過，優勝劣汰是地球生物生存和演變的基本規則。幾億年下來，很多古老的生物都已經滅絕了，可有一些物種經過多重演化、繁衍生息後，卻進化出不同種類的後代。

研究表明，翅膀其實是大自然賦予動物延續生存的法寶，會飛的動物在進化和生存方面有諸多的優勢。在殘酷的進化史中，大自然一次又一次地發明了各種各樣的翅膀，小到昆蟲大到翼龍，許多動物都能從飛行中受益。

通往生存之路

翅膀在物種多元化繁衍中發揮了巨大作用。科學家第一次在3.25億年前的巨型蜻蜓化石中發現了翅膀，隨後的化石的研究結果表明，從那時開始，從產生翅膀開始，昆蟲的物種多樣性就爆發了。

其他的例子還有：當今唯一會飛的哺乳動物蝙蝠的種類，竟然佔了所有哺乳動物種類的五分之一之多！而鳥類已被證實是唯一在史前大型動物大規模滅絕中，倖存下來的恐龍的後代。

研究表明，會飛的動物不僅能夠通過飛行逃離捕食者，還會從飛行中演化出許多有利的生理優勢。比如，由於翅膀的存在，鳥類感知世界的速度是人類的兩倍！而蝙蝠甚至可以通過聲音在大腦中繪製詳細的3D地圖。

翅膀有什麼機密？

昆蟲是自然界中最敏捷的飛行者，它們可以在空中盤旋，還可以向後飛行，短時間內能非常快地加速。最近，科學家們終於揭開了它們高超的飛行技術背後的秘密！

越小的飛行昆蟲的飛行機制越複雜。軀體小可不一定是一個優勢，因為軀體小的同時翅膀也小。那麼，小翅膀的升力如何而來呢？為了能夠在空中飛行或停留，昆蟲必須快速地扇動自己的小翅膀，但這會導致神經系統的脈衝跟不上翅膀的節奏；對比來看，大型飛蟲，如蝴蝶或大黃蜂，它們每一次翅膀的扇動只需要一個神經脈衝，所以能夠更好地保持神經信號和肌肉的同步。因此，對於較小的昆蟲來說，翅膀的控制要複雜得多。

除了引起更快的翅膀扇動，小昆蟲還進化出了其他的軀體優勢。比如說，與其他部位的肌肉相比，翅膀周圍的肌肉纖維組織非常對稱，這樣有助於增強翅膀的衝擊力，並能利用空氣中局部壓力的變化來提高自身的升力，在向後飛行和在空中盤旋等飛行技術方面都會做得更好。

「恐龍變成鳥」

昆蟲並不是唯一從陸地進化到空中的物種。大約1.5億年前，被稱為「世界上最大的鳥」的始祖鳥也是從陸地進化而來。

長期以來，科學家們一直在爭論始祖鳥是不是鳥。許多專家認為，化石清楚地表明了這種生物有羽毛翅膀，所以它們是鳥類。另一組專家則認為，它們有牙齒和尾骨，這是所有陸生恐龍的特徵。因此，生物學界曾經將始祖鳥一度定義為恐龍和鳥類之間的一種進化生物，並不會飛。

現在，美國俄亥俄大學的科學家們有了新的發現。科學家研究了一億四千七百萬年前的始祖鳥頭骨，通過1300張X光片，他們利用計算機重建了這種動物大腦的3D版本。計算機模型顯示始祖鳥的大腦容量為1.6毫升，這個容量大約是同等體型爬行動物大腦容量的三倍!此外，3D影像顯示了它們的耳道以及大腦的視覺中心很寬，竟然和現代鳥類的一樣大！

由於找到了大腦發育良好的證據，幾乎所有的科學家都一致認為始祖鳥確實能夠飛行，儘管它可能不是一個非常敏捷的飛行員。

哺乳動物也能飛

大約在5000多萬年以前，唯一會飛的哺乳動物——蝙蝠產生了，哺乳動物也成了世界上會飛的最後一個物種。

蝙蝠專門在夜間行動，在黑漆漆的夜裡，它們通過聲音和大腦中的記憶來導航。為此，美國約翰霍普金斯大學的大腦研究人員對蝙蝠在黑暗中的導航能力進行了研究。他們在蝙蝠的大腦中植入了小型感測器，然後把它放到一間設置有障礙的房間里，以觀察蝙蝠通過障礙物時大腦里的活動。實驗結果發現，蝙蝠的大腦有存儲功能，它們的腦中存有周圍環境的靜態地圖。科學家將這種靜態地圖形容為大腦中縱橫交錯的網格線。當前方有障礙物時，即會觸碰到其中的一條網格線。這時，蝙蝠大腦中相對應的神經細胞就會被激活，為蝙蝠提供障礙物在地圖上的具體位置。而當蝙蝠的頭部與目標物體處於特定的角度，難以立即定位時，神經細胞也會發出信號，繪製出目標物體所處的詳細位置，重新編製網格地圖。

科學家們還發現，蝙蝠有時會發出幾種超聲波信號，強烈的信號使它們能夠「關注」特定的物體，這對於它們在茂密的森林中躲避障礙物，或者尋找食物有很大的幫助。

因此，蝙蝠具有與鳥類相同的超靈敏感官，但由於蝙蝠依賴於感知能力，所以它們可以在黑暗的掩護下捕獵。此外，它們的大腦有繪製大片區域並儲存這些區域的能力，使得它們能夠飛很遠的距離，以便找到大量食物，從而保障了第一批會飛的哺乳動物的生存和繁衍。

翅膀與人類發明

翅膀可不僅僅能造福鳥類，它們對於人類的發明創造同樣重要！

鳥類大腦研究所的尼爾斯·伯格最近發表聲明，鳥類在飛行時可以睡覺，甚至可以達到理想的快速眼動睡眠階段。研究表明，它們是通過一次只用一邊大腦半球睡眠的方式來做到這一點的。恰好，由於人類睡眠不足在當今社會是一個日益嚴重的問題，尼爾斯希望能通過研究鳥類的睡眠方式，給人類提供一個更好地解決睡眠不足的方法。

荷蘭瓦赫寧根大學的科學家們在改造無人機機翼時，也受到了昆蟲的飛行穩定性的啟發。對果蠅翅膀的研究發現，在翅膀受到嚴重損傷的情況下，它們依然可以通過改變翅膀煽動的頻率來留在空氣中。按照這個原理，科學家們已經設計並製造出了一款攜帶特定功能的機翼，和果蠅一樣，即使受到了損傷，仍然可以留在空中。

另外，對蝙蝠的飛行形態及膜結構進行研究，有助於可變形微型飛行器的創新設計。

蝙蝠翼既不同於大多數昆蟲的輕質「膜 脈」結構，也不同於鳥類的前肢「羽翼」結構，而是由上肢骨骼和翼膜構成的「翼身一體化」構造(翼膜從脖子一直連接到腳踝)。蝙蝠的手指長、多關節，翼由超過40個獨立的關節和附在上的一張柔軟的薄膜組成，因此自由轉換方式可多達30種，即翼的變形極大。

由於這些啟發，英國南安普頓大學和帝國理工學院的科學家成功地設計出了一種新型薄膜可變的機翼。利用這種機翼可以製作出微型無人機，並且還可以飛得更高。

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