提到飛行,我們第一時(shí)間會(huì)想到鳥(niǎo)和昆蟲(chóng),那些長(zhǎng)著翅膀的美麗動(dòng)物裝點(diǎn)了天空,成為充滿(mǎn)詩(shī)意的風(fēng)景。除此之外,在我們的日常視線(xiàn)以外,還有一些奇異的動(dòng)物,它們雖然沒(méi)有翅膀,但同樣獲得了飛行的能力。
對(duì)人類(lèi)而言,飛行是一個(gè)浪漫的夢(mèng)想,象征著自由。可是對(duì)動(dòng)物來(lái)說(shuō),生存才是第一目的。這些沒(méi)有翅膀的動(dòng)物會(huì)進(jìn)化出飛行的能力,是迫于生存的壓力。
在廣袤的地球上,地形、氣候差異極大,既有炎熱荒蕪的沙漠,也有潮濕繁茂的雨林,不同的環(huán)境造就了動(dòng)物不同的習(xí)性。北方遼闊的高山里,生活在云杉林中的小型哺乳動(dòng)物,為了躲避危險(xiǎn),無(wú)師自通地掌握了滑翔技能;在每一寸空間都被植物因爭(zhēng)奪陽(yáng)光而填補(bǔ)的熱帶雨林里,地面幾乎無(wú)法行走,因此生活于其中的爬行動(dòng)物只能居住在高高的樹(shù)冠之上,為了在樹(shù)木之間游走捕食,它們進(jìn)化出了飛行能力,能夠從一個(gè)樹(shù)冠降落到另一個(gè)樹(shù)冠;干燥的澳洲草原上,有一種爬行動(dòng)物因求偶而進(jìn)化出飛行能力,原來(lái)飛行還與延續(xù)生命息息相關(guān);生活在森林里的節(jié)肢動(dòng)物,依靠飛行進(jìn)行遷徙,用盡所有勇氣踏上未知的征途,為自己求得生存的機(jī)會(huì);在蔚藍(lán)的海洋里,有些魚(yú)類(lèi)能夠從水面高高躍起,在空中滑翔數(shù)十米遠(yuǎn),這令人驚嘆的場(chǎng)面不是為了炫技,而是為了躲避天敵的追捕。
現(xiàn)在,就讓我們一起來(lái)看看,這些神奇的動(dòng)物是如何實(shí)現(xiàn)飛行的吧。
可以滑翔的翼膜——飛鼠、飛行狐猴
提到會(huì)飛的哺乳動(dòng)物,大家最先想到的都是蝙蝠。蝙蝠靠著進(jìn)化出的翼膜,成為哺乳動(dòng)物中唯一能夠真正飛翔的動(dòng)物。擁有柔軟絨毛、骨骼厚重、身體呈圓柱形的哺乳動(dòng)物似乎天生和飛行無(wú)緣,但在滑翔這個(gè)領(lǐng)域,一些小型哺乳動(dòng)物能力出眾。
從熱帶到寒帶的森林里,都能見(jiàn)到一種會(huì)飛的松鼠——飛鼠。飛鼠雖然沒(méi)有翅膀,卻自帶滑翔翼,身上長(zhǎng)著一層毛茸茸的翼膜,包裹著從脖子到前爪,再到后爪的身體。只要它張開(kāi)四肢,伸展身體,就能變身為滑翔機(jī),輕松穿越樹(shù)木滑翔俯沖。飛鼠的翼膜十分輕薄,卻又充滿(mǎn)韌性,上面布滿(mǎn)了神經(jīng),讓飛鼠能夠精準(zhǔn)控制翼膜上的每一塊肌肉。展開(kāi)的翼膜能夠提供強(qiáng)大的升力,托起飛鼠自身體重6倍的重量。在飛行的同時(shí),飛鼠還能攜帶大量松果。飛鼠飛行的秘訣,來(lái)自長(zhǎng)在翼膜前爪部位的一對(duì)翼尖。這對(duì)向外突出的軟骨棒,不僅能夠制造空氣旋渦產(chǎn)生升力,還能讓飛鼠靈活控制翼膜的折疊和伸展,用來(lái)改變飛行的方向和速度,以躲避障礙物和天敵。
飛行狐猴不是狐猴,而是貓猴,它們生活在東南亞的叢林中,平時(shí)棲息在樹(shù)上,晚上出來(lái)活動(dòng)、覓食。飛行狐猴飛行的方式與飛鼠相似,都是利用前腿與后腿之間皮膚形成的翼膜進(jìn)行滑翔。當(dāng)翼膜擴(kuò)張開(kāi)來(lái)后,整個(gè)身體如同一把降落傘,能夠穩(wěn)穩(wěn)駕馭上升的氣流,一次可以滑翔100多米。
但是,這種飛行與飛翔有著本質(zhì)的區(qū)別。它們只能從高處往低處滑翔,而鳥(niǎo)類(lèi)和蝴蝶、蜻蜓不僅能夠從高處飛到低處,還能夠從低處飛向高處。相比哺乳動(dòng)物,在滑翔這個(gè)領(lǐng)域,身體結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單的爬行動(dòng)物擁有更多飛行員。
壓扁身體模擬翅膀——天堂金花蛇
東南亞的熱帶雨林里,生活著一種奇異的飛蛇,名叫天堂金花蛇。
天堂金花蛇平常棲息在樹(shù)上,通過(guò)偽裝色與樹(shù)干融為一體。當(dāng)發(fā)現(xiàn)獵物時(shí),它會(huì)閃電般地?fù)溥^(guò)去,在樹(shù)與樹(shù)之間敏捷地穿梭飛行。天堂金花蛇的食物主要是蜥蜴和壁虎,有時(shí)也會(huì)捕食小鳥(niǎo)和蝙蝠。天堂金花蛇起飛的時(shí)候,會(huì)先把自己掛在樹(shù)上搖擺,然后猛地將自己拋射出去;下落的時(shí)候,身體以波浪狀前行,如同在空中游泳一般。天堂金花蛇在飛行中能夠靈敏地躲避障礙物,降落時(shí)水平前進(jìn)的距離是垂直下落距離的4倍,堪稱(chēng)滑翔小能手。天堂金花蛇能夠?qū)崿F(xiàn)飛行,主要在于它的肋骨。在起跳的時(shí)候,它會(huì)用力擴(kuò)張肋骨,讓身體盡量變寬。這時(shí),扁平的身體形成一個(gè)“機(jī)翼”,托起身體,讓它不至于直線(xiàn)下墜。不僅如此,天堂金花蛇還熟知空氣動(dòng)力學(xué),在空中它會(huì)“S”形游動(dòng),這時(shí)空氣通過(guò)身體之間的縫隙,會(huì)產(chǎn)生更多升力,讓它的飛行游刃有余。天堂金花蛇滑翔的樣子,從遠(yuǎn)處看,像是一條飄動(dòng)的絲帶。它利用頭和尾巴的輕微擺動(dòng)來(lái)控制方向,最高時(shí)速可達(dá)32.2千米。
撐開(kāi)肋骨,制造復(fù)合翅膀——斑飛蜥
在馬來(lái)西亞的叢林里,生活著一種能夠飛行的蜥蜴,名叫斑飛蜥。
斑飛蜥和前面三種動(dòng)物不一樣,它擁有一對(duì)顯眼的炫彩“翅膀”,獨(dú)立于四肢之外,遠(yuǎn)看像蝴蝶的翅膀。這對(duì)“翅膀”,其實(shí)是它的翼狀皮膜,依附在5根外延的肋骨上,橘紅色或黃綠色,上面散布著黑色斑點(diǎn)。當(dāng)斑飛蜥展開(kāi)“翅膀”時(shí),兩只“翅膀”會(huì)合成一個(gè)半圓形,如同一把打開(kāi)的彩色折扇。借助前肢的牽扯和尾巴的擺動(dòng),這把“折扇”時(shí)而打開(kāi),時(shí)而收小,精準(zhǔn)調(diào)節(jié)方向和速度,讓斑飛蜥在樹(shù)林之間靈活飛行。當(dāng)斑飛蜥在樹(shù)上爬行時(shí),“翅膀”則會(huì)折疊起來(lái),緊貼兩側(cè)肋骨,完全不影響行動(dòng)。飛行時(shí),斑飛蜥從樹(shù)梢翩然飄落,看起來(lái)如同被風(fēng)吹落的樹(shù)葉,能夠有效躲避天敵。
撐開(kāi)脖子上的大傘——澳洲傘蜥
掌握飛行技能的蜥蜴大家族里,除了擁有一對(duì)炫彩“翅膀”的斑飛蜥,還有撐傘進(jìn)行滑翔的澳洲傘蜥。
澳洲傘蜥又名斗篷蜥蜴,外觀(guān)與普通蜥蜴大相徑庭。它的脖子周?chē)L(zhǎng)著一大圈松散、皺褶的領(lǐng)圈狀皮膜,這使得它的頭部顯得碩大、笨重,整個(gè)身體看起來(lái)比例失調(diào)。澳洲傘蜥生活在樹(shù)上,身體一般為黑褐色或灰褐色,能夠完美隱匿在樹(shù)皮上。到了求偶季節(jié),澳洲傘蜥就會(huì)像撐傘一樣撐開(kāi)脖子上的皺褶,傘面呈現(xiàn)出鮮紅色或黃色。小小的頭部配上顏色絢麗的“大傘”,不禁讓人聯(lián)想到文藝復(fù)興時(shí)期歐洲貴婦人脖子上華麗的蕾絲拉夫領(lǐng)。這把“大傘”越是明艷、碩大,就越能吸引雌性澳洲傘蜥的注意力,和孔雀開(kāi)屏一樣,都是展現(xiàn)自身DNA優(yōu)越的手段。除了求偶,澳洲傘蜥在被激怒時(shí)也會(huì)撐開(kāi)“大傘”,讓自己的體形看起來(lái)更大,用夸張的形態(tài)嚇唬敵人,趁著敵人沒(méi)反應(yīng)過(guò)來(lái),身體直立起來(lái),用兩條后腿迅速逃走。因?yàn)轭^重腳輕,它經(jīng)常跑著跑著,就一頭栽倒。如果情況危急,在樹(shù)上的它會(huì)直接跳下去,利用脖子上的“大傘”進(jìn)行短距離滑翔,從空中逃離。
利用蹼膜制造降落傘——黑蹼樹(shù)蛙
爬行動(dòng)物的飛行員隊(duì)伍里,還有一只小可愛(ài)——飛蛙。
在東南亞的熱帶雨林里,生活著一種黑蹼樹(shù)蛙。這種蛙長(zhǎng)得乖巧可愛(ài),身體是鮮艷的亮綠色,體長(zhǎng)只有8~10厘米。黑蹼樹(shù)蛙的腳很大,腳趾之間長(zhǎng)著又寬又薄的蹼膜,蹼膜張開(kāi)之后,面積可以達(dá)到20平方厘米,如同撐開(kāi)了降落傘,能夠有效減緩下降的速度,幫助其滑翔。黑蹼樹(shù)蛙幾乎從來(lái)不下地,一生在樹(shù)上生活。它擁有蛙類(lèi)優(yōu)越的彈跳能力,這使得它能夠滑翔15米以上,輕松地在叢林中游走。當(dāng)它降落的時(shí)候,黏性的趾墊會(huì)幫它抓牢樹(shù)干,實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)“著陸”。更加神奇的是,它在飛行的同時(shí)還會(huì)吸氣收腹,利用升力在空中調(diào)整方向、靈活轉(zhuǎn)彎,躲避障礙物。
用胸鰭滑翔——飛魚(yú)
《古今詩(shī)話(huà)》中記錄了一句詩(shī)——“大海從魚(yú)躍,長(zhǎng)空任鳥(niǎo)飛”,借助魚(yú)與鳥(niǎo)的意象,歌頌個(gè)人努力拼搏的精神,從此魚(yú)、鳥(niǎo)成了相提并論的典故。其實(shí),魚(yú)不僅能躍,也能飛。
大海中生活著一種可以飛行的魚(yú)——飛魚(yú)。飛魚(yú)并不是一種魚(yú),而是能夠滑翔的幾十種魚(yú)類(lèi)的統(tǒng)稱(chēng)。它們擁有流線(xiàn)型的細(xì)長(zhǎng)身材和超級(jí)發(fā)達(dá)的胸鰭,當(dāng)胸鰭完全展開(kāi)時(shí),就像是張開(kāi)了兩對(duì)翅膀,神似蜻蜓。當(dāng)它們想要飛行時(shí),尾鰭會(huì)像螺旋槳一樣在水中轉(zhuǎn)動(dòng),利用強(qiáng)大的推力使其高高躍出水面,然后保持直立的姿勢(shì),用尾巴點(diǎn)水,同時(shí)展開(kāi)翅膀一樣的胸鰭,借助升力在空中滑翔。飛魚(yú)一次滑翔的距離能達(dá)到15米,時(shí)速為46~65千米,比電動(dòng)車(chē)還快,連續(xù)滑翔可以前進(jìn)數(shù)百米。飛魚(yú)明明是水生動(dòng)物,卻進(jìn)化出飛行的本領(lǐng),是迫于生存壓力。如果我們?cè)诤V泻叫?,能夠近距離觀(guān)察飛魚(yú),就會(huì)發(fā)現(xiàn),每條躍出水面的飛魚(yú)身后,必然跟著一條追趕的大魚(yú)。是墨守成規(guī)變成掠食者的盤(pán)中餐,還是不破不立地飛出水面求得一線(xiàn)生機(jī)?自強(qiáng)不息的飛魚(yú)選擇了后者,也締造了生命的奇跡。
轉(zhuǎn)動(dòng)身體定向滑翔——滑翔蟻
前面出場(chǎng)的都是脊椎動(dòng)物,在無(wú)脊椎動(dòng)物里,也有不依靠翅膀?qū)崿F(xiàn)飛行的節(jié)肢動(dòng)物。
美洲的雨林中生活著一種無(wú)翼的滑翔蟻,它既模擬不了翅膀,也沒(méi)有“降落傘”,滑翔的方式十分硬核,是依靠獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)方式產(chǎn)生升力,從而實(shí)現(xiàn)滑翔的。滑翔蟻通體黑色,看起來(lái)和普通螞蟻沒(méi)什么區(qū)別,卻是節(jié)肢動(dòng)物里專(zhuān)業(yè)級(jí)別的跳傘運(yùn)動(dòng)員?;柘伷痫w時(shí),會(huì)從樹(shù)干上直接跳下,轉(zhuǎn)動(dòng)向外的長(zhǎng)腿減少阻力,身體圍著長(zhǎng)腿轉(zhuǎn)動(dòng),以非平衡運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的升力停留在空中,然后滑翔到目標(biāo)地點(diǎn)?;柘伩刂品较虻霓k法也很硬核,靠的是屁股和腿部的運(yùn)動(dòng)。一旦方向偏離,它就會(huì)在空中翻跟斗,通過(guò)這種方式調(diào)整身體姿勢(shì),利用屁股著陸。熱帶雨林的地面經(jīng)常有積水,滑翔蟻一旦掉落地面,就會(huì)面臨死亡。在求生本能的驅(qū)使下,滑翔蟻在被風(fēng)、雨水吹落或打落時(shí),會(huì)通過(guò)肢體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)滑翔,為自己贏得生存的機(jī)會(huì)。
利用電場(chǎng)飛行——蜘蛛
最后出場(chǎng)的,是無(wú)翅膀飛行界冠軍——蜘蛛。
前面出場(chǎng)的動(dòng)物,要么是利用身體的特殊器官飛行,要么是利用身體運(yùn)動(dòng)原理飛行;而蜘蛛就高明多了,走的是“魔法”途徑——?dú)馇蝻w行,靠的不是開(kāi)發(fā)身體,而是依靠大氣中的電場(chǎng)。
蜘蛛在進(jìn)行飛行前,會(huì)讓身體像氣球一樣膨脹起來(lái)。當(dāng)肚子充氣到一定程度后,它就會(huì)踮起腳尖,屁股朝向空中釋放蛛絲;帶著負(fù)電荷的蛛絲與帶負(fù)電荷的植物相斥,形成靜電上升力,將其托舉到空中,就像是放氣球一樣,順著舉力悠悠飛行。蜘蛛腿上的腿毛能夠探測(cè)大氣電場(chǎng),響應(yīng)電場(chǎng)靜電力,判斷自己何時(shí)起飛。蜘蛛的體重很輕,蛛絲更是細(xì)到納米級(jí)別,因此它們能夠借助空氣的黏稠度實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)懸浮。除了精準(zhǔn)利用電場(chǎng),蜘蛛還是空氣動(dòng)力學(xué)專(zhuān)家,在空中能夠依靠蛛絲捕捉風(fēng)力,利用氣流飄浮到4000米的高空,從而躲避掠食者。在借力這方面,蜘蛛做到了登峰造極,它的飛行距離完全秒殺前面出場(chǎng)的所有動(dòng)物。有人在離陸地1600千米的海洋上發(fā)現(xiàn)了飛行的蜘蛛,飛行距離堪比鳥(niǎo)類(lèi),它們可謂是無(wú)翅膀飛行動(dòng)物中實(shí)打?qū)嵉墓谲姟?/p>
蜘蛛之所以進(jìn)行氣球飛行,就和鳥(niǎo)類(lèi)遷徙一樣,都是為了自身種族的延續(xù)而采取的冒險(xiǎn)行為。蜘蛛的繁殖能力很強(qiáng),體形大的蜘蛛可以一次產(chǎn)卵上千枚,如果小蜘蛛不進(jìn)行遷徙,就會(huì)嚴(yán)重?cái)D壓生存資源。雌性蜘蛛在產(chǎn)卵時(shí),會(huì)把卵囊掛在洞口,小蜘蛛出生后,就會(huì)通過(guò)飛行進(jìn)行長(zhǎng)距離遷徙,為自己尋找棲息地,避免近親繁殖和資源爭(zhēng)奪。每年的5月或8月,澳大利亞南部的蜘蛛都會(huì)遷徙,大量蜘蛛通過(guò)氣球飛行集體搬家,數(shù)量高達(dá)數(shù)百萬(wàn)只,造成白色蜘蛛雨的奇觀(guān)。
這些神奇動(dòng)物對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)的利用,也給人類(lèi)帶來(lái)了諸多啟發(fā)。研究沒(méi)有翅膀的生物如何在空中停留,對(duì)航空航天領(lǐng)域有重要意義。