[科普中国]-鸟类为何能在空中飞翔？

地球上的鸟类各种各样，除了鸵鸟、企鹅等少数鸟不能飞行以外，绝大多数鸟都善于飞行。鸟类是如何在空中飞翔的？这和鸟类极为特殊的自身结构有关。

作为前肢特化形成的结构，鸟的翅膀在飞行中发挥了重要作用。与昆虫不同，鸟的翅膀上长有特殊排列的飞羽，当翅膀展开时，每根羽毛都略有旋转能力。两翅上下扇动时，会产生巨大的下压抵抗力，从而使鸟类能够向前飞行。

在羽毛的结构中，正羽的羽干有一系列纤细的羽枝，每一根羽枝有若干细小的羽小枝，而后者上面排布着微小的钩子。相邻的羽小枝相互连接，形成了形状扁平而有弹性的羽片，能够减少空气阻力。鸟翼及尾部的正羽，对飞翔和平衡起到了决定作用。

此外，鸟类发达的胸部肌肉——胸大肌和喙上肌为飞行提供强大的动力。前者负责翅膀向下拍动的运动，后者则负责抬起翅膀。为了给鸟类提供更大的附着面，大部分鸟类都具有一块发达的龙骨突。很多御风而行的鸟类，例如，能够飞行数十天不休息的军舰鸟，能够巧妙利用气流节省体力，乘风而上却不用挥动翅膀。

白鹳 张敬拍摄

体重问题是飞行中不得不面临的巨大挑战，鸟类在漫长的进化过程中形成了自己的绝妙对策。有些鸟类骨骼非常薄，有的骨骼愈合在一起，还有一些鸟骨内中空以减轻体重。并且鸟类的食量大、消化能力强、直肠短、未经消化的食物残渣很快就随粪便排出。

除此之外，鸟类飞行时往往需要消耗大量的能量。细胞利用氧，将有机物分解成二氧化碳和水，并将储存在有机物中的能量释放出来，供给生命活动的需要。而高空中稀薄的氧气含量，对于鸟类的呼吸系统提出了更高的配置要求。鸟的呼吸作用旺盛，在胸腔中具有9个与肺相通的气囊。气囊只有贮存气体的功能，而没有气体交换的作用。当鸟类吸气时，气囊扩张，大量的新鲜空气直接通过支气管进入气囊。同时，还有部分气体进入肺部的毛细支气管，并与血液进行气体交换。呼吸时，气囊缩小，其中贮存的新鲜空气进入肺中的毛细支气管，与其中的血液再次进行气体交换。这样在鸟类吸气和呼气时，气体两次在肺部均能进行交换，大大提高了气体交换效率，这种极其独特的双重呼吸方式与鸟类飞行生活耗氧量大、生命活动旺盛是相适应的。

鸟类的气囊与双重呼吸示意图 程兆洁绘

与其他哺乳类相比，鸟类的大脑皮层并不发达，但是小脑非常发达，这与鸟类飞翔运动的协调和平衡相关。鸟类的中脑在背部构成一对发达的视叶。鸟类拥有非常发达的视觉器官，有些能在疾飞中捕食，其眼部的睫状肌可以迅速调节视力，聚焦目标。此外，鸟眼的瞬膜发达，可以湿润眼球，不影响视线。尤其在高空飞行时，还能够防止风沙对眼球的伤害。

鸟类的体温不会随着环境温度的变化而改变，恒定的低温增强了其对环境的适应能力，扩大了动物的分布范围。

鸟类的身体呈流线型，体表覆羽，前肢变成翼，骨骼轻、薄、坚固，胸肌发达，有气囊辅助肺呼吸，这些结构使得“天高任鸟飞”成为了可能。

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