揭開鳥類飛行的祕密

Secrets of bird flight revealed
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7205086.stm

By Rebecca Morelle,
Science reporter, BBC News, 24 January 2008

科學家認為他們離解開「鳥類如何開始飛向天空」這個謎更靠近一步了。

一項發表在 Nature 期刊上的研究指出，理解鳥類飛行演化的關鍵在於鳥兒拍打其翅膀的角度。

這個美國團隊發現鳥類以同樣狹窄的角度移動牠們的翅膀，不管牠們在跑、在飛或滑翔。

他們推斷早期的鳥類也許僅藉由學習如何以正確的角度振翅而開始飛行。

這項研究由 Ken Dial、Brandon Jackson 與 Paolo Segre 完成，他們全都屬於 Montana 大學飛行實驗室。

Dial 教授表示："對於鳥類起源以及鳥類飛行的大量關注，至少有一個半世紀了，不過我悲哀地認為那是從一個笨拙的開端接近的。"

研究這個領域的科學家們傾向分成二陣營，他說。這些人相信鳥類「由上到下（top down）」學會飛行 -- 從樹上落下並滑行，而那些人則認為鳥類「由下到上（ground up）」從地面飛到空中 -- 透過奔跑與拍動牠們的翅膀，或許是為了逃離掠食者。

然而，這兩種方案指出，鳥類首先得要建立廣泛的一系列翅膀運動以便成為天降神兵。


Eureka（我發現了！）的瞬間

在 2003 年，Dial 教授及其同僚發表了一篇論文，那揭露當鳥類衝上陡峭斜面（running up steep inclines）時如何利用牠們的翅膀。

他解釋："這是一項重大發現 -- 鳥類展現出一種我們先前未能察覺的行為。"

"鳥類不只在飛行時使用牠們的雙翅，在平面上奔跑時也不只使用牠們雙腳；事實上，為了衝到斜面頂端，不管那是一顆卵石、一株樹或一片峭壁，牠們翅膀與雙腳並用。"

他的新研究，他說，揭開真相的後半段。

利用高速攝影，Dial 教授研究小型鵪鶉（quail）般鳥類，稱為石雞（chukars），的翅膀運動，那時鳥兒衝往陡峭斜面、往下滑動（glided back down）接著飛起來。

他告訴 BBC："讓我吃驚的是，持續送進來的資料顯示，牠們從頭到尾都沒有改變（牠們的翅膀角度）。"

"這時你會打一打自己的額頭然後說：「我們一直都認為翅膀拍動（wing-stroke）為了不同的運動而高度特化，但結果證明，大自然只需要單一一種翅膀拍動來適應這些動作。」"

當這個團隊接著研究一系列不同鳥類物種時，他們發現同樣狹窄的角度範圍。

這個團隊也觀看鳥類學飛時翅膀的運動。

雖然人工孵化的小鳥擁有發育不良的翅膀而且無法飛到空中，不過該團隊發現，當在牠們衝上陡峭斜面時，牠們會以相同角度拍動翅膀，那時當老鳥協助牠們在斜面上加速。

牠們使菜鳥保持同樣角度以便從斜面上往下滑動。

研究者相信幼鳥的雙翅與某些恐龍身上部份形成的原始雙翼頗為類似。

Dial 教授表示，恐龍也許演化出雙翼幫助牠們推進以越過岩石以及散落（littered）在牠們地盤上的其他障礙物。

當牠們的雙翼變得更大、更強足以支持牠們的體重時，以正確角度拍動將使得牠們能離地起飛，該團隊下結論表示。

Dial 教授說："簡單的翅膀滑動對鳥類發展與鳥類生態似乎是基本的，以便通過學飛階段。"

※ 相關報導：

＊ A fundamental avian wing-stroke provides a new perspective on the evolution of flight
http://www.nature.com/nature/journal/v451/n7181/abs/nature06517.html

Kenneth P. Dial, Brandon E. Jackson & Paolo Segre
Nature 451, 985-989 (21 February 2008)
doi: 10.1038/nature06517

＊ Scientists start to unlock secrets of bird flight
http://www.physorg.com/news158516858.html

這篇提到透過高速攝影來理解鳥類飛行動作，並運用到飛行機器人：...當鳥類、蝙蝠或其他蟲子轉彎時，牠們所要做的都是再一次正常地開始拍動牠們的翅膀，接著牠們徹底伸直... 而非科學家所認為的，要花二、三個步驟才能改變旋轉方向。

＊ Wingbeat Time and the Scaling of Passive Rotational Damping in Flapping Flight
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/324/5924/252

Tyson L. Hedrick, Bo Cheng, Xinyan Deng
Science 10 April 2009: Vol. 324. no. 5924, pp. 252 - 255
doi: 10.1126/science.1168431

＊ 蜥蜴為何以二條後腿狂奔？
＊ 美國研究驚人新發現　顛覆鳥類演化史
＊ 中國科學家發現「帶有最原始羽毛的恐龍」
＊ 紐西蘭發現罕見史前爬蟲類的後裔
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＊ 未來可能出現可彎曲、拍動的飛行機器嗎？
＊ 鵲鳥的鏡像自我認識