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〈賞鳥看熱鬧也看門道〉之六

如何讓駝鳥飛上天空—鳥在天空飛翔的條件

〈賞鳥看熱鬧也看門道〉之六

如果邱比特能夠飛上天空,

那麼,鴕鳥也能在藍天裏振翅翱翔了

人,如果能夠像鳥兒一樣,自由自在地飛行,那有多好啊。

自遠古邃初,人類第一眼看見鳥在天空飛翔的模樣,禁不住打從心底發出如此的讚歎與羨慕之後,藏在內心裏那一份飛行的渴望與夢想,從此就沒有再消失或有半點淡褪過,直到今天依然如是。

我們知道,古代羅馬神話中有一位神祇叫邱比特,掌管人類的「愛」與「慾」。他的造形不一,最為人所知的就是一個長得「胖嘟嘟」半裸的小男孩,手裏拿著一把弓,背上背著一桶箭,只要被他射中的人,身上的傷口就會激起內心一股難以抑制的「愛」,或者說「激情」。

除了那一把「愛之箭」,小邱比特的正字招牌還有背上一對小小翅膀。可是那對翅膀,與整個身軀相較卻是相對微小,再加上「胖嘟嘟」的身材,橫看側看,毫無流線可言,恐怕無法像真正鳥兒那般自在地遨翔,更不用說擁有翠鳥那樣定點振翅的能耐,讓他能夠從空中選擇目標,隨心所欲拉弓射箭。我想,古羅馬人那時候創思小邱比特,大概尚不十分明白大自然中,一些無法顛破的物理定律,以及有關飛翔的生物力學原則。

邱比特所以飛不起來,並非單單只是因為翅膀太小,即使翅膀加大了,少了胸前一根聳起的龍骨突,用來鼓動雙翅的大片胸肌,就缺乏了穩定的附著點,再如何努力也無法將身體往空中提升,依舊只能困在地上,按步行走。還有,他的翅膀因為配裝位置不甚恰當,重心失準,致使身體無法保持平衡,飛行絕對有困難。總之,就算奇蹟發生,邱比特可以飛上了天空,他的身體系統結構卻無法有效排除因飛行所產生的高溫高熱,最後仍然難逃失敗的結局。

是的,邱比特不過是人類一直渴望能夠像鳥一樣飛行,所創造出來的另一個「神話」罷了─雖然不能不說是一個充滿想像,美麗的神話。

根據統計,截至今年(二○一四)四月,全球的人口大概有七十二億之多,可是你知道,住在這同一顆星球上的鳥兒有多少嗎?有人粗略計算過,數量應該在二千億至四千億隻之間,雖然目前因為許多的原因,只減不增。是的,鳥兒會飛似乎是天經地義的事,不過地球上大約萬種的鳥類,卻不是每一種都能飛得動,飛得起來。

我想,如果邱比特能夠飛上天空,鴕鳥也就能在藍天裏展翅翱翔了。

那麼,就讓我們一起來研究研究:如何讓鴕鳥飛上天空─或者說,讓我們一起來解開,鳥兒究竟如何能夠在空中飛翔的種種「神奇」與「奧祕」吧。

鳥類是地球上唯一會飛行的動物?

當然不是。

我們都知道,地球上有數百萬種的昆蟲也都能飛,而且早在禽鳥甚久之前就飛上了天空,只是禽鳥是所有會飛的脊椎動物中之佼佼者。

這裏所說的「脊椎動物」,指的是背部長有「脊骨」的動物,包括了哺乳類、爬蟲類、兩棲類以及魚類。然而我們所說的「飛」,可不是指展翼滑翔的那種「飛」;也不是「飛」鼠、「飛」魚、「飛」蛙,「飛」蛇或「飛」蜥蜴的那種「飛」。

事實上,除了鳥兒之外,唯一具有真正飛行動力,堪與禽鳥相比擬的另一種脊椎動物,就是大家還算熟悉的「蝙蝠」了。蝙蝠雖然也能飛,卻沒有演化出類似鳥兒那般,什麼種類,什麼樣的長相都有,變化既多采又多姿,論起技巧亦大為不如。我們只要想想大卷尾、燕子、綠頭鴨、翠鳥,還有遊隼、鳳頭蒼鷹,甚至麻雀等等,這些大大小小鳥兒在天空上下翻飛,在灌叢密林裏任意進出,身手矯捷出神入化,不免要讚歎鳥兒不愧為飛翔高手。

鳥兒如此善飛,有什麼條件?

除了羽毛與翅膀,鳥兒在演化這條路上,一路走來,還有許多重要的改變和適應。譬如說,牠們的骨骼不但細而且中空,身上也沒有沈甸的牙齒與雙顎。此外,牠們的血液循環效率極高,呼吸系統強而有力,新陳代謝也比我們人類快,這些都有助於提昇將能量轉換成飛行動力的能力。

大體而言,任何比空氣重的「飛行器」,包括鳥兒在內,想要升空飛行,至少有一個必備的基本條件:「輕盈」。

鳥學專家說,體重若超過十八公斤,鳥兒就飛不起來了。我們人若想要像鳥兒一樣飛翔,胸肌至少需要有一百八十公分之厚。

說起鳥兒減重的方法,可有幾種,譬如前面提到的骨骼,用不到的就讓它自然退化消失,能併合的就併合,剩下來的就進行「中空化」。我們知道骨盆為一環狀結構,原來由多種不同的骨頭連結而成,如今禽鳥的骨盆已經演化成單一的形體,一如脊椎一樣,使得全身整個骨架更為穩固,更有利飛翔。還有,指骨與腿骨的簡化與併合,以及尾骨的消失,也是出於求輕的道理。大部分的脊椎動物,這些骨頭都是分開的。

最後,鳥兒整個骨架變得十分輕盈,但也十分堅固。

可是話說回來,禽鳥骨骼的演化也並非一味全然追求輕盈,有些骨骼固然變輕了,有些骨骼卻是變重了,尤其是腿骨,因為鳥兒多半必須依賴雙腿來支撐身體的重量,所以比較精確的說法應該是:禽鳥的演化,所依據的不外「節省」與「經濟」的原則─能省的地方就減輕,需要的地方就加強加重。

舉個你可能難以相信的例子來說,軍艦鳥善於飛翔,一旦飛上天空,除非為了繁殖與休憩,往往難得落地,雙翅一展,可以有二百一十多公分,然而兩翅骨骼的重量竟比包覆在外的羽毛還要輕,竟然不到一百二十公克。

另一方面,有些潛鳥,譬如潛鴨或鸕鶿,為了減少浮力,潛起水來比較容易,骨骼就比較密實而沈甸。一般說來,這類鳥種的飛行技巧常常不如骨架較輕巧的鳥兒來得靈活。所以每一種鳥兒在追求輕盈的過程中,究竟如何「節省」,要怎麼講求「經濟」,大家並不全然一樣。

除了骨骼中空,禽鳥還有什麼「瘦身減重」招數?

我們都知道,牛頓是第一個認知「重力」(或謂「地心引力」或「萬有引力」)的科學家。所謂「重力」,簡單的說,就是兩個物體之間互相吸引的力量。一個物體,質量愈大,吸力也就愈大。

說起來,地球上最大的物體,不就是「地球」本身嗎?所以,地球上的一切東西都難逃被地球的「地心引力」吸往地心方向。鳥兒當然亦無例外。

所以,我們看見蘋果從樹上掉下來,其實是蘋果離開枝頭後,與地球相吸的結果:質量較小的蘋果,被質量更為龐大的地球吸引了過去。

鳥類在漫長的演化過程中,為了讓地心引力的影響降至最低,也就是說為了突破地心引力,使自己能夠飛上藍天,因而做了許多的改變,儘可能讓自己身體變得更為輕盈。

以下,是除了「骨骼中空化」之外,幾個比較明顯的改變與適應:

‧全身披著一襲輕盈的「羽毛外衣」。

鳥類不但沒有牙齒與顎骨,也沒有膀胱等這些算是有些重量的「身體零件」─能省,則省。

譬如母鳥,輸卵管與卵巢都簡約到只剩下一條與一個。而且公母鳥的生殖器官,譬如睪丸或卵巢,只在繁殖季節期間才「腫大」數十、甚至數百倍之大。還有,鳥類的生殖與排泄,也共用一個出口─一切以「經濟」為原則。

鳥類育兒生子,沒有類似我們人那樣的「懷胎十月」,而是以「蛋」的形式在體外孵化。

鳥類擁有高效率的消化系統,但腸子很短,隨時製造穢物,也隨時排出體外。所以我們看見大大小小的鳥兒不停地在吃,也不停地在排泄淨空。

鳥類能夠飛行,是如何演化來的?

鳥兒能飛,絕對與羽毛的演化分割不開。全世界所有動物,只有鳥類有羽毛,而羽毛讓絕大多數的鳥兒變成了飛行高手,今天我們知道,禽鳥出現在地球上,大約是在六千萬年前。不過,第一隻有羽毛,或是說有翅的動物─代表著連結陸地爬蟲與現代飛禽之間演化的那一個「環」─出現的時間,更可以推回遙遠的侏儸紀末期,也就是大概在一億四百萬至一億五百萬年之前,那時候,有些巨碩的恐龍尚未在地球上走動。

一八六一年,科學家發現了第一隻化石鳥:始祖鳥。

無疑地,始祖鳥代表了從「爬蟲」到「飛鳥」,此一演化過程中極重要的一個階段,不過並非每個科學家對始祖鳥都抱持著相同的看法。眾科學家對於始祖鳥的種種辯論,自然而然引出了一個根本問題,那就是─鳥,究竟是如何學會飛行?

有一種理論是,最早的有翼蜥蜴,只是利用身上翅膀,在枝幹與枝幹之間滑行而已,然而時間久了之後,這些史前動物的翼骨、胸骨與肌肉慢慢演化,變得可以支持距離更遠的飛行。

另外一種說法認為,始祖鳥原來住在地上,最初,翅膀只是用來幫助牠從地面躍起捕捉獵物,慢慢經過了數千數萬年,身上的肌肉結構才發展成具有真正飛行的能力。

總而言之,鳥兒的飛行演化過程極可能是這樣的:最早的鳥兒,先是雙翅和尾巴長出了羽毛,用來做短暫的飛行,後來全身才慢慢發展出完整的一套飛羽,一代傳一代,鳥兒不但飛得愈來愈高,也飛得愈來愈遠、愈來愈久─「天擇」給了那些飛得最好的鳥兒,最好的倖存機會。如此經過了無數世代,歷經了數千數萬、甚至也許數百萬年的飛行演化,「飛行」終於變成了今天絕大多數禽鳥四處走動的「標準配備」。

禽鳥如何起飛升空?

鳥兒想要飛行,第一個挑戰就是「起飛」。好比飛機無法離地,就談不上飛行了。

鳥兒想要起飛,首先必須攢足「氣力」,加足馬力,克服地心引力,然後才啪啪鼓翅升空。猶如靜止的汽車,必須先猛踩油門,突破輪胎與地面的摩擦力,然後才得繼續滾動。

禽鳥起飛方式,各自不同。小型鳥體態輕盈,只消翅膀撲撲幾下就起飛了;大一點的鳥,譬如鸕鶿或有些鴨子,就得在水面上迎風猛跑一段或短或長的距離,讓強烈的氣流托起雙翼而後升空。有的譬如海鸚或遊隼,則利用高度,從懸崖或高枝頂端,一躍而下;雨燕則是雙腳一鬆,放開原本緊抓的垂直攀著面,即可飛行。還有,鶴與鷺這類鳥類雙腿強壯有力,稍加彎曲,用力一蹬,就飛上了天空,彷彿腳底加了彈簧。

升空之後,又如何保持不墜?

鳥兒升空之後,還得設法保持不墜,否則城市馬路上恐怕就要平添不少野鴿子的冤魂。如何保持不墜,乃是飛行的第二個挑戰,技巧有兩種。一種是搭乘暖氣流「翱翔」,另一種則是迎風「浮行」。

所謂「翱翔」,就是利用上升的暖氣流,平展雙翼在高空盤桓滑翔,譬如大冠鷲就是最好的例子。只要暖氣流不斷,大冠鷲便可以繼續盤旋翱翔。這類禽鳥多屬猛禽,翅膀與尾翼通常較為寬大,身體也較重些,鶴也是其中之一。

一樣平展雙翼,除了搭乘暖氣流之外,迎風而飛,讓風將翅膀托起,也是有效的翱翔方法。風,就是不斷移動的氣流。最擅於乘風而飛的鳥類,莫過於海鷗與信天翁等海鳥。這類禽鳥,通常雙翅狹長而窄。

信天翁無需賣力拍翅,即能在空中停留很長一段時間,通常一次可以在海上停留好幾個星期,需要時候甚至超過一年。牠們在寬闊的海面上隨風滑翔,可以連續好幾天不必拍打翅膀半下。相反地,蜂鳥一秒鐘也不能停止鼓動,甚至每秒鐘還要努力振翅高達二百下。

鳥兒能夠「浮升」,道理是什麼?

相信你一定有過這樣的經驗,當你張開雙臂像鳥一般用力上下鼓動,頂著強風努力奔跑,將會發現即使跑得上氣不接下氣,最好的情況,也不過兩隻腳離開地面半吋高。然而,禽鳥卻能毫不費力就離地浮升了─那是因為鳥兒的翅膀形狀與結構特殊。

鳥類的翼骨位於雙翼的前緣,然後再包覆以各種覆羽與飛羽,向著左右兩翼後方逐漸削薄,到了最後面,翼緣只是薄薄一層的飛行羽。整個翅膀若從縱剖面來看,翼上中央略略拱起成一弧形,翼下則接近水平。當空氣由前向後切過翅膀,翼上的空氣流速會比翼下快,使得翼下的空氣壓力大過了翼上,翅膀就被往上推舉,形成「上升」的現象,鳥兒就「浮」在空中了。

請你不妨拿一張無需太大的紙,就以我手上現有這一張九乘十六公分的紙張為例,將紙張靠近嘴唇,用力吹氣,讓氣流從紙面的上方吹過,你會驚訝發現紙張並非如你所以為的向下垂落,反而向上浮升─這就跟風切過鳥翼的道理一樣。

可是,沒有風的時候怎麼辦?

沒風的時候,就要不斷鼓動翅膀,尤其如果是一隻翅膀不大的小鳥。

鳥兒利用強而有力的胸肌,上下鼓動翅膀,就會產生「推力」,讓氣流持續切過雙翼,同時移動身體。人類發明的飛機,則是利用螺旋槳或噴射引擎產生推力,因為飛機無法像似鳥兒一般鼓動翅膀。從某一方面來說,鳥兒鼓翅類似游泳,藉此獲取飛行所需的「浮力」與「動力」。

不論對鳥還是飛機而言,「推力」是飛行與浮升,不可或缺的重要因素之一。飛鳥與飛機,飛行的基本原理都是一樣。

為什麼大蒼鷺飛行時要縮著脖子?

說來說去,翅膀好像是鳥兒身上用以飛行的唯一設計,其實不然,禽鳥身上每一部分的「設計」,差不多都是用來幫助飛行的。

舉個例子來說,不知道你有沒有發現,大蒼鷺飛行時大半總是縮著脖子,可是體形極為類似的鶴,卻是把脖子向前伸得又直又長?天鵝也是一樣。為什麼呢?由於捕食習性的不同,蒼鷺的脖子比鶴長了許多。大蒼鷺飛在空中,必須縮起脖子才能維持重心,保持平衡。換言之,蒼鷺以伸縮脖子來調整重心。

對鳥兒而言,所謂的「重心」,亦即指落在左右雙翼,以及首尾之間的那一個「平衡點」。失去了平衡,鳥兒就無法控制方向自如。想要飛得好,鳥兒就必須將身體大部分的重量放在「重心」之上,重心的前後左右,當然就不能過重,有了平衡才好控制飛行。鳥類的胸肌占了全身總重量四分之一以上,便成了身體重心之所在。

現在我們就明白了,鳥兒為了不讓前面的頭部過重,所以就沒有牙齒與上下顎,而改以位在「重心」附近的沙囊來磨碎食物;也沒有像哺乳類那樣的鼻腔,而改以嘴巴或簡單的鼻孔來呼吸。有些鳥類的嘴巴,雖然看起來頗為巨大,卻是很輕。尾部亦不能太重,所以尾巴就退化了,而改以輕盈的尾羽替代。

簡言之,禽鳥這一切固然都是為了追求「輕盈」,其實也包含了尋求「平衡」的目的。兩者對於禽鳥的生存,都是一樣的重要。

鳥兒可以在空中停留多久?

某些情況下,幾乎要停留多久就多久。

我們知道有的鳥兒,譬如雨燕、信天翁以及某些燕鷗,牠們停留空中時間之久,幾乎難以想像。是的,若非無法在空中下蛋、撫育孩子,這些鳥兒一旦飛上天空,幾乎就可以不再落地。雨燕與燕鷗都可以在空中進食、睡覺,甚至交配,正是鳥類無可媲比的適應能力最佳的見證。一隻普通雨燕,從離巢到第一次繁殖,至少有十八個月時間不必著陸。雨燕在空中捕食飛蟲,燕鷗則是凌波而過,從海面撿拾一些食物果腹。

鳥兒可以飛多高?

鳥類的飛行高度,大概從海平面以上到三千公尺之間,或者更高,端視什麼鳥種、天氣狀況,以及是否短程旅行,抑或長程遷徙而定。

說起來,大部分的鳥兒很少有什麼理由,飛到五百公尺以上的高空。不過,鳥類的呼吸系統效率極高,再加上對低溫的耐力,使得有些鳥類可以飛上沒有任何哺乳類動物能夠存活的高空。譬如鷲鷹、天鵝,野雁都有人記錄飛到七千公尺以上,甚至越過了聖母峰。不過即使小型鷸科鳥類,遷徙時候也有飛到六千四百公尺以上高空的紀錄。

有鳥兒能夠倒退著飛嗎?

有。

所有鳥類,只有蜂鳥擁有這樣的「特異功能」。

蜂鳥為了覓食,演化出了可以自由轉動的雙肩關節,再加上可以疾速鼓拍的雙翅,成就了如此接近「特技」的飛行技巧,能夠飛向任何一個方向,快速前進、左橫右移、上升下降,甚至倒退或原地不動,都難不倒牠。

其他有些鳥兒或許偶爾也倒著飛,只是時間都極其短暫,有時是因為意外遭遇強風,有時則是為了逃避敵人,或者為了追捕獵物,突然發生的「有意」的動作。

至於習慣「上下顛倒」地飛,據我所知,倒是沒有這樣的鳥。

不過我看過加拿大大雁降落時,有時候遇到亂流,會有上下顛倒飛行的現象,但也都只是短暫現象。猛禽如白頭鵰,求偶時期公母雙鳥八趾會緊緊交纏,在空中連續翻滾,也不能算是慣常行為。

鳥兒一般飛行有多快?

不同的鳥種,有不同的飛行速度,況且飛行距離的遠近、天氣的好壞,對速度也都有影響。大部分的鳴禽,時速大概在二十五至四十公里之間,可以說這是最「省油」最經濟的速度。較大型的鳥,通常飛得也比較快,譬如海鷗與信天翁,巡航時速大約在四十至五十五公里。至於雁鴨天鵝,長程飛行則可以達到七十五公里的時速。

出乎意料地,雨燕飛行雖然十分伶俐又敏捷,速度卻只有二十三至四十公里左右,並不如想像中那麼迅疾,令人跌破眼鏡。

世界上飛得最快的鳥,大概就是遊隼了,當牠由高空俯衝而下攫捕獵物的那一瞬間,時速幾乎接近一百八十公里。北極絨鴨,則是平飛速度最快的紀錄保持者,可靠紀錄為七十六點四公里。不過,紅胸秋沙鴨為了小命奔逃時,卻可以飆速超過一百三十公里。

有不會飛的鳥嗎?牠們為什麼不會飛,或不再飛?

有。飛行對於鳥兒,似乎是再自然不過的事,不過有少數鳥種卻是從來不曾飛過。為什麼呢?一般的說法是:這些鳥兒所以失去飛行能力,只是因為牠們不再需要了。

這麼說來,鳥兒「不會」飛,或者說「不需要」飛,一定有其「好處」。事實上,有「好處」也有「壞處」,主要看那種鳥兒所棲息的環境。

全世界不會飛的鳥,數一數不到五十種。有些生活在陸地上,長得很大,譬如非洲的鴕鳥,身高可以高到二百七十五公分,體重最重有一百六十公斤,單單如此龐然軀體即足以嚇阻侵犯者了。今天,鴕鳥如果依然保有飛行的能力,相對的,體積恐怕就不會變得這麼龐大了。

鴕鳥不會飛,但是翅膀並沒有消失,只是變小了,功能也改變了。鴕鳥有一雙極其強壯的腿,奔馳起來時速能達到七十二公里,比馬還快,背上短短的翅膀主要用來保持平衡,但也類似「船舵」一般,可以幫助身體在急奔當中改變方向。強壯的雙腿,跑得比馬還快的速度,讓鴕鳥在自然界的競爭中存活了下來。鴕鳥倘若被逼急了,一腳就可以踢死人,及時躺下地面或許可以救命,但也不能保證百分之百安全,因為牠會改用嘴喙拼命啄你。

像這樣不會飛的大鳥,還有澳洲的鴯鶓,南美洲的三趾鴕鳥。

除了陸地,有些不會飛的鳥,也生活在水裏,尤其大海中,其中最有名氣的當是企鵝。全世界十八種企鵝,都不會飛,今天的企鵝雙翼已經演化為用來泅泳的鰭型肢了。牠們潛入水底捕食,升上海面呼吸,在水底的游速可以高達每小時三十二公里。

很多不會飛的鳥,都是在偏遠荒蕪的島嶼上演化出來的,譬如加拉巴哥群島或紐西蘭群島。住在島嶼上的鳥很安全,因為沒有人類,也沒有其他獵食者,而且也無需飛來飛去四處覓食,因為食物就近在身邊。後來人類來了,還有跟著人類而來的貓、狗與老鼠,這些不會飛的鳥,有的在重新找回飛行能力之前,就慢慢地絕種了。

鳥不會飛,最大也最嚴重的「壞處」就是難以躲避日常的「麻煩」與「災禍」。基本上,鳥能不飛就不飛,飛行畢竟是一樁頗為消耗體力的「工作」,只要有辦法覓食維生,能免則免。

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  • 講義 2014-05-29
關鍵字: 飛行翅膀鳥類禽鳥我們
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