鸟类是如何学会飞的？幼鸟拍动翅膀提供飞行起源新线索

美国加州大学伯克利分校的研究人员以石鸡鹧鸪幼鸟为研究对象，观察幼鸟在上升和下落过程中的反应，研究人员发现，即使是刚出生几天的小鸟，如果从窝里面掉下来，也会成功地利用拍动翅膀来保持平稳，保证自己安全。

鸟类最早是如何学会飞行的？它们从树上掉落过程中，是学习拍打前肢避免跌落在地粉身碎骨，还是在地面上奔跑加速然后助力自己飞起来？这个问题一直都没有确定的答案。近日，美国加州大学伯克利分校的研究人员提供了一条新证据，认为鸟具有与生俱来的在空中盘旋的能力，这可能有助于它们的祖先学会飞翔，而避免从树上掉下来。

这项研究观察幼鸟在上升和下落过程中的反应，在这个案例中，研究对象是石鸡鹧鸪幼鸟——一种来自欧亚大陆的雉科猎鸟。

北卡罗莱纳大学博士后研究员丹尼斯•伊万格丽斯塔、查普希尔和加州大学伯克利分校综合生物学教授罗伯特•达德利发现，即使是刚出生几天的小鸟，如果从窝里面掉下来，也会成功地利用拍动翅膀来保持平稳，保证自己安全。这种技能会随着年龄的增长而提高，直到它们成为动作协调、姿态优美的飞行者。

“从孵化出的第一天起，如果你把它们从高处扔下，这些鸟类中的25%基本上可以在空中盘旋并安全落地。”来自于巴拿马巴尔博亚史密森热带研究所的达德利说，“这表明即使是发育不完全的翅膀也能够提供非常有用的空气动力学的目的。”

拍动和盘旋

幼鸟不对称地拍动翅膀进行翻转和盘旋来达到保持平稳的目的。在本研究中，孵化出来九天后，100%的鸟类就学会了协调、对称地拍动翅膀，外加身体倾斜度的控制来保持理想的姿态。

“出生后，小鸟的技能迅速提升，正像之前描述的使用翅膀的能力，如在倾斜飞行过程中，翅膀为飞行提供了重量支撑——拍动翅膀获得动力，提供飞行的速度和升力。”伊万格丽斯塔说，他强调，没有小鸟在这个过程中受伤。“这个结果突出了操纵和控制在鸟类飞行的发展与进化过程至关重要。”

十年里，达德利一直认为，空中可控能力先于扑翼飞行的进化，使得鸟类的祖先有效地使用前肢作为翅膀。最新研究表明，用不协调、不对称的方法拍动翅膀以保证空中的姿态稳定，是鸟类早期就具有的技能。

在空中控制姿态的能力有可能已经进化，因为“没人想被倒挂，在降落过程中这是特别危险的。”杜利说，“一旦动物没有翅膀，也可能有这种天生的空中控制姿态的行为，但是如果拥有翅膀这就变得更容易、更快捷、更有效。”

达德利指出，一些科学家推测，真正的飞行动力起源于鸟类祖先兽脚类恐龙，当它们冲上斜坡，对称地拍动翅膀，这种行为通常被称陆地奔跑起源假说，或者WAIR。WAIR的支持者认为，翅膀在奔跑中提供了上升的动力，像赛车上的扰流板一样，但在进化初期没有这种控制或操纵能力。

下降，滑翔和飞行

在自然界中，此类活动并不常见，然而，达德利依然支持鸟类树栖起源说，即树栖动物在跌落过程中不断发展进行，最终具备滑翔和飞行能力。他记录的很多野生动物，从蜥蜴、狐猴到蚂蚁，在跌落过程中，调整身体各个部分着地的先后顺序，避免落地时受伤。在这个试验中，几乎所有的动物，都能够空中控制自己保持平稳，安全落地，没有一个像传单一样随风飘荡。

与陆地奔跑起源假说相反，在飞行进化的所有阶段操纵是非常重要的，而且一定是很早就出现的能力，伊万格丽斯塔说。观察到这种能力在幼鸟身上率先出现，间接支持了这一观点。

“在奔跑过程中对称地拍动前肢，在进化的最初阶段，发育不完全的翅膀很可能是这样被使用的。但是，非对称拍动翅膀这种能力发展的较晚。”达德利说，“这个实验说明，对于拥有发育不完全翅膀的动物来说，已经能够利用这些翅膀的空气动力的能力。”

研究人员还测试了幼鸟，想知道它们在冲上斜坡的过程中有没有拍动翅膀，结论是没有。

 

【3D技术扫描鸟类头骨化石 重建脑部或可揭示飞行起源】

据媒体报道，鸟类在离巢之前，头骨已发育到固定大小。当头骨定型后，大脑才继续生长直至充满整个头骨，因此，鸟类头骨可以精确记录脑的形状和大小。科学家使用3D X射线扫描仪，观察了现生鸟类和鸟类化石，对鸟类的脑进行了数码重建，以研究鸟类飞行的起源。

通过研究鸟类脑中各部分所占的相对体积，能够揭示小脑绒球是怎样逐步演化，以适应不同飞行方式，有助于推测鸟类是何时获得了飞行能力。在鸟类中，小脑绒球控制了飞行中的视觉集成和平衡信号，帮助鸟类注意在空间中移动的物体。利用3D扫描技术，科学家已经测出小脑绒球部的大小。

科研用的高精度扫描仪分辨率可达6微米，可以在不损坏标本的前提下，使其内部结构纤毫毕现。研究者特别观察了一些不飞鸟(如渡渡鸟)的脑部结构，以探究失去飞行能力后，小脑绒球的体积有无减小。经过研究发现，当鸟类飞行能力退化时，脑中的相关结构也会退化。

 

【新发现挑战鸟类飞翔起源理论】

来自侏罗纪的一项新似鸟恐龙发现将挑战已被广泛接受的飞翔起源理论。来自南安普顿大学的古脊椎动物学家Gareth Dyke博士参与了此项研究，他们描述了一类恐龙的新发现，长约30厘米，其时代早于似鸟类恐龙的出现，似鸟类恐龙被认为是现代鸟类的祖先。多年来众多古生物学家都接受了鸟类起源于一类生活于早白垩世（约120-130万年前）的鸟脚类恐龙的理论，而此次的新发现产于更早的中晚侏罗世，这有可能会摧毁人们的传统观点。

在古生物界非常著名的始祖鸟，曾被认为是现代鸟类进化历史上的关键环节，Dyke博士说，新发现的似鸟类恐龙被命名为中国羽龙（Eosinopteryx），它有可能会对这一传统理论发起挑战，飞翔的起源可能比我们想象的要复杂得多。化石发现于中国东北部的热河地区，它羽毛不甚发达，因此翅膀展幅也不大，同时，骨骼结构的缺陷也使其无法利用它们的翅膀进行真正的飞行。它还拥有能够适合行走的脚趾，尾巴上长有少量羽毛，腿部较短，因此，这样的结构使得它更适合奔跑。

 

【史上最大古鸟翼展6米破纪录 或具超强滑翔能力】

根据一项新的研究，在美国南卡罗来纳州的一个建筑工地出土的化石属于一只拥有迄今已知最大翼展的古鸟。经测量，该化石两侧翼尖间的距离为6.4米，这大约相当于一辆能够乘坐10名乘客的加长轿车的长度，同时接近漂泊信天翁——当今翼展纪录保持者——尺寸的两倍。与今天的信天翁一样，这种新描述的鸟类很可能也是一种翱翔的冠军。

这一新物种的零碎化石——一个相当完整的头骨以及部分翼骨和腿骨——于1983年被发现，当时这里正在修建查尔斯顿国际机场的一个新的航站楼。如今在康涅狄格州格林威治市布鲁斯博物馆任职的古脊椎动物学家Daniel Ksepka说，该化石被埋藏在距今2800万年前至2500万年前的海底沉积物岩层中。按照Ksepka的话说，单单一个上翼骨比他的手臂还长。由于化石太大，当时还动用了挖掘机挖掘。

该化石现在保存于查尔斯顿博物馆。Ksepka在罗利市北卡罗来纳州立大学工作时曾被邀请研究这一化石。

在这些化石中，最长的骨头是一根81厘米的肱骨片段。Ksepka的研究显示，这根骨头如果完整的话将有94厘米长。基于同这一物种亲缘关系较近的物种的骨骼比例，他推断，新物种每个翅膀大约有2.5米长。加上翼尖的羽毛以及身体的宽度，这种古鸟的全部翼展可达6.4米甚至更长。

Ksepka在一份声明中说，这种鸟类就像“科幻小说里飞出的动物，现在再也没有这样的鸟了”。他在7月7日的美国《国家科学院院刊》网络版上报告了这一研究成果。相比之下，现存最大的在野外捕捉的漂泊信天翁的翼展仅为3.5米。

 

这种被命名为Pelagornis sandersi的古鸟是Pelagornis属的一员。这种巨大的海鸟如今已全部绝灭，并且其大小很可能相当于今天的信天翁甚至更大。它们的足迹曾遍及全球，这是因为在所有的大陆都曾发现过这种鸟类的化石。科学家之前曾认为这种古鸟与鹈鹕和信天翁是近亲，但最近的研究暗示，它们与鸭子、鹅和天鹅关系更近。

它轻薄与中空的骨骼、粗矮的腿骨以及巨大的翼翅使研究人员相信，这种古鸟可在空中轻松自如地翱翔，但在地面上却很笨拙。由于它庞大的体形超过一些科学家所认为的飞行动物的理论上限，他们利用电脑模型研究了这种鸟的飞行机制。

模型表明，由于体形巨大，这种古鸟单靠扇动翅膀可能飞不起来，而是沿着斜坡奔跑后乘风而起，其原理类似于人类操纵滑翔机。

这种古鸟承重的后肢骨骼的比例表明其重量在22公斤至40公斤之间。结合其可能的翼展，Ksepka对这种古鸟的滑翔能力进行了推测。对于他所分析的大多数鸟类而言，这种古鸟的滑翔能力要胜于军舰鸟和秃鹫（这是两种以翱翔能力而闻名的鸟类），同时也超过了回头信天翁。Ksepka说，平均而言，鸟类在滑翔时高度每下降1米，则前进的方向为22米。

英国朴茨茅斯大学古生物学家Mark Witton说，Ksepka的新分析是“一项扎实的工作”。他强调，这一研究表明Pelagornis sandersi“曾是一种超级信天翁”。这种古鸟的飞行能力“几乎是你所期待的有如此翼展的鸟类的最佳代表”。

一旦飞到空中，长而纤细的翼翅使得这种鸟成为令人难以置信的滑翔高手。凭借海洋上空的气流，它能够翱翔数公里不用扇动一下翅膀，偶尔会猛地俯冲至海面，捕食鱿鱼与鳗鱼等柔软的生物。至于古鸟怎么安全落地，研究人员尚不清楚。

研究人员表示，希望这一发现能够有助揭示这种鸟类的灭绝之谜，并增进对史前古鸟飞行机制的了解