为什么只有翼龙、鸟类和蝙蝠这三类脊椎动物，征服了天空？

审核专家：冉浩（知名科普作家）

在蓝天中翱翔是人类长久以来的梦想，早在公元前500年就有人把自己绑在风筝上，试图从天空俯瞰大地。

1783年，人类实现了轻质飞行器载人飞行。1902年，人类又实现了自主供能的重质飞行器载人飞行。从最早设想在空中飞翔到最终实现这个梦想，人类用了2000多年。

其实在四足动物界，早已有物种先于人类从空中看到了地面的风景。第一次脱离地面，从天空俯瞰世界的是2亿多年前出现在地球上的翼龙。随着物种的不断演化，鸟类和蝙蝠也开始在天空中飞行，而且比起人类来说，它们不需要借助任何工具。

那么，翼龙、鸟类还有蝙蝠都是怎么飞起来的呢？

飞向蓝天的奥秘

不管是翼龙、鸟类还是蝙蝠都长着翅膀。翅膀这一结构是它们能够飞行的基础。

根据伯努利原理，在低速的流体中，流速小的地方压强大，流速大的地方压强小。翼龙、鸟类以及蝙蝠起飞时，空气（即流体）一接触翅膀便被翅膀前端切割为上下两部分。由于翅膀存在一定的弧度，所以上下两部分空气在通过翅膀时经过的距离并不相同。

（来源｜en.wikiversity.org）

空气经过翅膀上方的距离长，经过翅膀下方的距离短，而通过时间相等，因此空气在翅膀上方的流速快，在翅膀下方的流速慢，这就导致翅膀上方的压强小于翅膀下方的压强，于是就产生了向上的力，正是依托产生的升力，翼龙、鸟类以及蝙蝠得以脱离地面，飞向天空。

前面解释了翼龙、鸟类、蝙蝠飞行的基本原理，但是在实际飞行过程中，三者的飞行方式存在着一些差异。

（来源｜互动科普）

翼龙的翅膀（通常我们称之为翼膜）仅由一根伸长的手指支撑，这种结构决定了翼龙无法像鸟类那样高速飞行。

某些翼龙体型巨大，飞行时非常依赖气流，这样能使它们更轻松地离开大地。通过模拟实验，科学家们推测翼龙飞行时速度不快，而且飞行方式比较简单。

鸟类的飞行方式很多，比如扑翼、滑翔、盘旋等，这与鸟类的翅膀形状和大小、肌肉强度等因素有关。一般来说，鸟类的翅膀有4类：椭圆型、高速型、大展弦比型以及带翼缝大升力型。

椭圆型翅膀又短又圆，这种翅膀适合快速起飞及转弯，拥有这种翅膀的鸟儿能够自如地在林中穿梭，啄木鸟、喜鹊就属于这一类型。

▲喜鹊（来源丨维基百科）

高速型翅膀短且尖，能够帮助鸟儿达到较高的飞行速度并在空中捕食，蜂鸟、燕子是这一类型的代表。

▲蜂鸟（来源丨维基百科）

大展弦比型翅膀长、窄、平，能够较好地利用风速的差异带着鸟儿在天空中滑翔，飞过一望无际的大海，信天翁等海鸟的翅膀多是这一类型。

▲信天翁（来源丨unsplash）

带翼缝大升力型翅膀能够较大程度减少空气阻力，并利用热气流让鸟儿在陆地上空缓慢地飞行，多见于秃鹫、猫头鹰等猛禽。

▲秃鹫（来源丨pixabay）

蝙蝠的翅膀与翼龙的有相似之处，但是支撑蝙蝠翅膀的手指有4根，这使得蝙蝠的翅膀稳定性更高，因此蝙蝠对飞行的控制能力要高于翼龙。

但是由于后肢不够发达，跳跃能力退化，蝙蝠很难像鸟类一样从地面起飞。因此蝙蝠的起飞方式相当特别——采用倒挂的姿势起飞。

▲蝙蝠（来源丨维基百科）

会飞的都是亲戚吗？

脊椎动物中，仅有翼龙、鸟类和蝙蝠真正突破了地面空间，飞向了广阔的天空。根据生物学分类，翼龙属于爬行动物，蝙蝠属于哺乳动物，鸟类则演化自恐龙，与这两类并列。这三者之间是远缘的，都是各自独立演化出了翅膀。那么为什么它们有类似的结构，并且都会飞呢？

生物学家将这种现象称为趋同演化。之所以出现这种现象，可能是由于它们的祖先长期生活在相同或相近的环境下而产生的趋同演化。

为了适应环境，生物会演化出特定的结构，演化出特定的功能，而相似的环境使得他们朝着相似的方向演化，于是便出现了形似的翅膀、会飞的功能等。类似的案例还有中生代的海生爬行动物鱼龙与现代的海豚外形相似、鼹鼠与蝼蛄具有形状相似的挖掘前肢（前足）等。

▲鱼龙化石（上）和海豚（下）（来源丨维基百科）

虽然人类没有演化出翅膀，不能实现自主飞行，所幸人类可以运用智慧，研究飞行动物的身体结构，探索它们的飞行奥秘，并利用其中的原理设计制造各种机械装置，以实现长久以来的飞行梦。

动物最初的起飞大概率是为了生存——或是为了躲避天敌，或是为了捕捉猎物；而人类起飞是为了发展，为了改变，为了突破。不管初衷为何，在升上天空的过程中，无论是翼龙、鸟类、蝙蝠，还是人类，都已在地球的历史上记下了浓墨重彩的一笔。