研究發(fā)現(xiàn)：鳥(niǎo)類從未進(jìn)化出“完美”翅膀

對(duì)大多數(shù)鳥(niǎo)類來(lái)說(shuō)，在飛行這件事上，“夠用就行”似乎就足夠了。

鳥(niǎo)類生理構(gòu)造非常適合飛行：體型小、骨骼中空，翅膀和尾部的羽毛大體對(duì)稱。鳥(niǎo)類的進(jìn)化是為飛行而優(yōu)化的，這似乎是理所當(dāng)然的事，但一項(xiàng)新研究表明，情況并非那么一目了然。

《自然·通訊》上近期一項(xiàng)研究的結(jié)論聽(tīng)起來(lái)相當(dāng)反直覺(jué)：大多數(shù)鳥(niǎo)類的翅膀似乎并非為達(dá)到最高飛行效率而設(shè)計(jì)，也沒(méi)有針對(duì)其飛行方式進(jìn)行完美的精細(xì)調(diào)節(jié)。更有甚者，研究中擁有最優(yōu)化翅膀形狀的鳥(niǎo)類是蜂鳥(niǎo)和企鵝——后者用翅膀是為了高效游泳，而非空中飛行。研究人員用一種方法分析了1139張鳥(niǎo)類翅膀圖像，該方法能在不對(duì)“最優(yōu)”翅膀形狀構(gòu)成預(yù)設(shè)的情況下，檢驗(yàn)不同翅膀形狀的相對(duì)性能。

“對(duì)許多鳥(niǎo)類來(lái)說(shuō)，飛行的功能性制約——產(chǎn)生升力、克服阻力、急轉(zhuǎn)彎的需要——并沒(méi)有強(qiáng)烈影響翅膀的形狀，”英國(guó)布里斯托大學(xué)的博士研究員本頓·沃爾特斯告訴我們?！皩?duì)某些類群來(lái)說(shuō)，這些壓力導(dǎo)致了最優(yōu)翅膀形狀的進(jìn)化，但這是例外，并非普遍規(guī)律?！?/p>

翅膀加一點(diǎn)祈禱

關(guān)于為什么有些動(dòng)物進(jìn)化出了飛行能力，竟然存在一場(chǎng)異常活躍而激烈的爭(zhēng)論。這一討論可追溯到19世紀(jì)80年代，但這些假說(shuō)無(wú)法檢驗(yàn)，因此，根據(jù)已故鳥(niǎo)類學(xué)家約翰·哈欽森在加利福尼亞大學(xué)古生物學(xué)博物館一篇博文中的說(shuō)法，這是一場(chǎng)“毫無(wú)意義的爭(zhēng)論”。所以，哈欽森補(bǔ)充說(shuō)，研究人員更喜歡關(guān)注哪些特征讓飛行成為可能。論文解釋說(shuō)，對(duì)現(xiàn)代鳥(niǎo)類來(lái)說(shuō)，翅膀是“支撐飛行的結(jié)構(gòu)”，而鳥(niǎo)類“采取了多樣化的飛行方式，翅膀形狀也呈現(xiàn)出高度變異性”。

但研究人員越是深入探究這種多樣性，對(duì)于通向現(xiàn)代鳥(niǎo)類翅膀的進(jìn)化路徑就越不確定。

翅膀生來(lái)……是為了飛行？

沃爾特斯和同事試圖檢驗(yàn)一項(xiàng)傳統(tǒng)的、也可以說(shuō)符合直覺(jué)的假設(shè)，即鳥(niǎo)類翅膀在進(jìn)化中為飛行做了最佳優(yōu)化。原因很簡(jiǎn)單：自然選擇決定了，越適應(yīng)環(huán)境和生活方式，動(dòng)物生存的機(jī)會(huì)就越大。如果飛行能幫助鳥(niǎo)類躲避天敵或嚴(yán)寒天氣，還能找到更好的食物，那么翅膀難道不應(yīng)該自然而然趨向于成為自身的最優(yōu)版本嗎？

“這就是所謂的適應(yīng)主義思維，”沃爾特斯對(duì)我們說(shuō)?！凹热伙w行是一種要求苛刻的移動(dòng)方式，并且在大約一億多年的時(shí)間里已經(jīng)極大地改變了鳥(niǎo)類的身體結(jié)構(gòu)，那么鳥(niǎo)類理應(yīng)進(jìn)化出形狀最優(yōu)的翅膀?！?/p>

定義“最優(yōu)”

然而，沃爾特斯說(shuō)，通?！昂茈y——如果不是不可能的話——判定某只動(dòng)物是否最優(yōu)，因?yàn)閱慰坑^察現(xiàn)存動(dòng)物，無(wú)從知道觀察到的最好形狀是否就是全面最優(yōu)的”。為了繞過(guò)這個(gè)難題，團(tuán)隊(duì)選擇了理論形態(tài)空間分析。這種方法會(huì)針對(duì)特定的飛行方式識(shí)別出最優(yōu)的進(jìn)化形狀，而不是先入為主地認(rèn)定鳥(niǎo)類當(dāng)前的翅膀形狀就是最優(yōu)的。

沃爾特斯說(shuō)，該研究分析了1139張鳥(niǎo)類翅膀圖像，并考慮了像動(dòng)力翱翔這樣的“特化”飛行方式，以及長(zhǎng)途遷徙物種的飛行方式。他補(bǔ)充說(shuō)，正如預(yù)期，像鴕鳥(niǎo)這樣的不會(huì)飛的鳥(niǎo)類，其翅膀“相當(dāng)不理想”。

但分析也確實(shí)發(fā)現(xiàn)了一些鳥(niǎo)種，其實(shí)證翅膀形狀與預(yù)測(cè)的最優(yōu)形狀非常接近，也就是蜂鳥(niǎo)和企鵝家族的成員。具有高能耗飛行方式（例如空中捕食飛蟲(chóng)）的鳥(niǎo)類，其翅膀優(yōu)化程度往往也更高。沃爾特斯解釋說(shuō)，正如預(yù)期，像鴕鳥(niǎo)這樣不會(huì)飛的鳥(niǎo)類，翅膀“相當(dāng)不理想”。

演化是復(fù)雜的

然而總體來(lái)看，對(duì)大多數(shù)鳥(niǎo)類來(lái)說(shuō)，“在飛行這件事上，‘夠用就行’似乎就足夠了，”沃爾特斯在一份大學(xué)聲明中說(shuō)。這話甚至適用于信天翁——一種特化的長(zhǎng)距離飛行高手，因其卓越的飛行技藝而持有吉尼斯世界紀(jì)錄。

“阻止它們變得更優(yōu)的原因，很可能在于它們必須著陸，這件事對(duì)信天翁來(lái)說(shuō)已經(jīng)很困難，但又是繁衍所必需的，”他沉思道。“理論上，一只擁有更薄、更長(zhǎng)、更優(yōu)翅膀的信天翁或許無(wú)法安全起飛和降落，因此即使翅膀形狀更適合飛行，它也無(wú)法存活下來(lái)。”

“這項(xiàng)研究采用了一種有趣的方法，豐富了我們關(guān)于鳥(niǎo)類飛行的知識(shí)，”香港中文大學(xué)古生物學(xué)家邁克爾·皮特曼在電子郵件中說(shuō)?！瓣P(guān)于鳥(niǎo)類飛行，還有很多東西需要了解，而且利用這些知識(shí)為社會(huì)提供仿生工程解決方案的巨大潛力尚待開(kāi)發(fā)，”沒(méi)有參與這項(xiàng)新研究的皮特曼補(bǔ)充道。

總的來(lái)說(shuō)，這些發(fā)現(xiàn)表明，一個(gè)“合乎邏輯”的假說(shuō)未必就是大自然的意圖。沃爾特斯說(shuō)，許多人類的設(shè)計(jì)，如飛機(jī)機(jī)翼和螺旋槳，都是模仿鳥(niǎo)類，但我們或許應(yīng)該“有選擇性地從動(dòng)物身上汲取靈感”。

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