在鸟类中,大雁、天鹅、秃鹫都是能翱翔在8000米高空的鸟儿。在海拔3000米的青藏高原,含氧量只有平原地区的50-60%,而到了珠峰高度,含氧量只有地面的25%。
大气压力随着海拔的升高而降低,所以当人们登上高原和高山时,因为过于稀薄的空气,会让我们受到高原症和高山症的折磨。
人们乘坐的飞机,也都要配置加压舱才能保证乘客安全。一旦加压舱出现失控,那么在机舱的乘客就会在不知不觉中进入休克状态,产生昏厥,后果不堪设想。
想一想与天空为伴的鸟类,即使在近万米的高空,却依旧“举重若轻”一般能连续飞行数十个小时。
鸟类能完美适应稀薄的空气,在飞行如此消耗能量的情况下,依旧能保证自身氧气供给,这一切都要归功于鸟儿卓越的呼吸系统:双重呼吸(dual respiration)。
鸟类的双重呼吸系统是如何帮助它们抵抗稀薄的空气的?在空气稀薄的高空,鸟儿的气囊是如何协助飞行的?双重呼吸系统对鸟类来说,究竟有多大的意义?为了这一身的飞行本领,鸟儿牺牲了什么?
今天小编就带各位走进:鸟类强大的飞行系统背后的奥秘。
在介绍鸟类的呼吸系统对鸟的意义之前,我们要先了解一些冷门的知识。在平常的生活中,我们看到的鸟类(不包括家禽),最常见的活跃地点是枝头或低空200米左右,城市中的鸟类以文鸟科、鸦科和燕科为主,这三科的代表鸟类分别是麻雀、喜鹊和燕子。
我们来看一下这几种鸟儿的正常飞行高度:
在这些所有城市中几乎都随处可见的鸟儿中,燕子的飞行技巧是最卓越的,无论是高空翱翔还是超低空滑翔,都不在话下。而喜鹊就显得笨拙一些,但是它们依靠灵活的跳跃能力能完美适应树枝间的生活,在树林间自由穿梭弥补了它们飞行能力的不足。
城市中的鸟儿往往不需要具备太高超的飞行拔高能力。可是反观野外的中大型鸟类,它们也许不具备小型鸟的灵活,但论飞行时间和高度来说,个个可都是【王牌飞行员】。
我们先了解一下这几位【飞行能手】:
1.大天鹅(Cygnus cygnu)。飞行高度记录:9144米。迁徙总里程2000-5000公里,迁徙时间1个月左右,晚上迁徙,每晚飞行距离超过250公里。
2.黑白兀鹫(Gyps rueppellii)。目前人类已知的最高空发现的鸟类没有之一。这种生活在非洲中南部的巨型鸟类,借助地面的热气流普遍盘旋在6000米左右高空觅食(这个距离和盘旋在三四十米处的麻雀比起来已经是不可思议了)。黑白兀鹫打破飞行高度记录是因为在1973年,一架飞行在11000米高空的飞机就撞上了一只黑白兀鹫。
3.高山兀鹫(Gyps himalayensis)。和黑白兀鹫一样,借助热气流上升到6000米高空盘旋觅食,飞行高度和它的表亲黑白兀鹫相比稍显逊色,但依旧能达到9000米的高空,飞越珠峰。
4.斑头雁(Anser indicus)。斑头雁之所以上榜,是因为它可以说是在迁徙过程中最辛苦的鸟类之一。斑头雁每年的迁徙,要从中亚、蒙古和克什米尔等地起飞,前往印度、巴基斯坦和缅甸等地越冬。它们的迁徙往往也会穿越珠峰,登山爱好者们在珠峰顶也可以发现这种成群结队的大雁。科学家根据GPS定位斑头雁的研究显示:斑头雁持续飞行能力超过17小时,全世界飞行时间最长的航班才不过19个小时。
论飞行高度和持续能力,雁形目和隼形目的鸟类一直都是冠军的有力竞争者。接下来我们就走进这些王牌飞行员的身体结构,来看看它们为了飞行,身体都有哪些特征。
鸟儿之所以能成为天空的领主,从根本原因上不外乎两点:体外条件和体内条件。说起来很懵懂,我们把这两个条件拆解一下:
这两个条件,再来拆解一下,我们简单介绍。
鸟儿飞天,必要条件有以下4点必要条件,缺一不可:
在这里,小编帮大家整理了一下不同鸟类的翼展俯视图,让大家通过鸟儿翅膀的区别,来观察鸟类对飞行是如何把控的。
从翅膀特点,我们基本上就能分辨不同鸟类的灵活程度了,例如:短翅膀开翼梢的乌鸦,空中动作注定非常灵敏,但是飞行速度一定比不上尖翼梢的猎隼和海鸥。诸如此类的对比,大家都可以根据不同的鸟类外形去做判断(比如现在你就知道了为什么麻雀如此灵活了:它们是短翅膀开翼梢。你也知道了为什么飞行冠军是军舰鸟了,因为它们的超长翼展+尖翼梢让它们注定属于天空。当然这也与体型有关,我们再这里不做深入讨论。)
但是,重点来了:这一切的体外条件,都只是这些鸟征服天空的原因之一。“没有强大的软件支持,再尖端的硬件设备也无济于事”。
在万米高空,空气稀薄,如果给人类一双翅膀即使飞上天,也难逃缺氧休克。在飞行这种如此高能量消耗的运动下,鸟儿是如何保证自己的氧气供给的:接下来我们正式了解一下鸟类那强大的【双重呼吸】系统。
现在各位把自己的手放在腹部,感受自己一股一股的呼吸。你感受到的,就是大多数哺乳动物的呼吸方式:通过肺部的压缩和舒展来达到换气的目的。如果不容易理解:那么你可以理解成过去农村抽拉式的鼓风机:一抽一拉的过程,才算完成一次完整的换气。
实际上人的呼吸是单一通道的气体双向流动,但是反观鸟类的呼吸:它们的呼吸道除了气管呼气和吸气共用以外,实现了真正意义上“气体单向通道”。这件事听起来不可思议,我们通过鸟类呼吸气体流通图来了解一下。
我们通过对鸟类的解剖,发现鸟类的肺部结构和哺乳动物完全不一样:鸟类的肺部不是由肺泡组成的死胡同,而是双向开口的蜂窝状管道。这让鸟类的呼吸有两个特点:
上一段说明了鸟类的呼吸特点,我们现在开始介绍鸟类的双重呼吸。
所以鸟儿有一个神奇的特点:不论是呼气还是吸气,通过气囊的作用肺部做了两次气体交换。
气囊是鸟类进行双重呼吸的重要器官。在飞翔时由于鸟的胸肌处于紧绷状态,不能像静止时一样通过肋骨的松弛紧绷来控制气体进入,所以鸟儿飞翔时候的呼吸,全部都是有【气囊】在掌握。
与之对应的就是鸟儿飞翔时候拍打翅膀的动作:
鸟儿的双重呼吸可以解释这个问题:那就是为什么鸟类不会有高山反应。因为在空气稀薄的高空,鸟儿的双重呼吸作用能让鸟类最大限度地利用空气中的氧气,通过翅膀的上举和下降频率来加快或减少进气量。这是鸟儿高空翱翔的第一个秘密武器。
和双重呼吸密不可分的,是气囊。气囊是鸟儿翱翔高空的第二个秘密武器:这绝不仅仅是因为气囊帮助呼吸。
气囊对于高空翱翔的鸟儿来说,还有一个不能忽视的作用:增加浮力。在高空空气稀薄的环境下,鸟儿翅膀提供的提升力会下降,而这时候充满空气的气囊,从另一个方面减小了鸟儿本身的整体密度,让它们不至于因为浮力不足而下坠。
提取一下这一段的关键信息:双重呼吸让鸟儿最大限度利用空气中的氧气来供体内消耗,气囊的存在让鸟儿在稀薄的空气中也有足够的浮力。
可是我们要承认这样一个事实:上天赐予了鸟类搏击长空的能力,但同时也剥夺了鸟儿的一些其他功能。
大自然是公平的,它赋予了鸟儿对天空的掌握力,但这也让鸟儿不得不做出一定的牺牲。而这个牺牲,是致命的:那就是鸟儿的生存能力极低。
这个生存能力并不是指的“觅食”技巧,而是“对抗能力”。在自然界中天敌简直是无处不在,除了隼形目下的猛禽外,几乎所有的鸟儿对伤害的抵抗能力都为负分。
这主要体现在两点:
会飞的鸟儿虽然不太容易受到攻击,但是一旦受到攻击往往就是致命的:哪怕是骨折不能直接致命,也会因为无法起飞被小型哺乳动物等天敌消灭掉。
在野外,经常有受伤的鸟类坠落,这些坠落的鸟儿,只有不到百分之一能得到及时的救助。
所以他们获得了飞行能力,但有一副脆弱的身体。
“海阔凭鱼跃,天高任鸟飞”,也许在鸟类的眼里,只有天空才是真正的家乡,脆弱的身体下,掩藏不住一颗飞翔的心。
和远方比起来,身上的伤又算什么呢。