科學(xué)的解釋鳥如何成為“水陸空三棲霸主”

原創(chuàng)：顏相寧/中科院半導(dǎo)體所

當你一個人外出散步時：

抬頭看向天空，除了藍天白云，

還有——一對白天鵝！

低頭看向腳下，除了草地荒原，

還有——一對火烈鳥！

遙看遠處瀲滟湖光，水波蕩漾，

嗯，還有——一對鴛鴦?。?！

滿滿的都是愛??的形狀

為什么地球上要存在鳥兒??這種能跑能游還可能會飛的生物？

但大腦經(jīng)過“九九八十一天”的飛速思考之后，也許這其中的物理學(xué)知識和化學(xué)知識能規(guī)勸我等淡定，好好學(xué)習(xí)，沉迷于知識的海洋就夠了！

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1  跑起來雄霸天下

鳥兒陸上的行為，就是走走跑跑跳高高。

鳥兒的跑，最有代表性的就是鴕鳥了。這種身高可達240-280厘米的草原霸主，憑借又細又長的腿，跑起來時速可達72千米。

體現(xiàn)一下鴕鳥的雄風(fēng)。

其實，出了鴕鳥，還有一種特別能跑的鳥——走鵑，英文名是road runner（一聽名字就特別能跑）。來張?zhí)貙懀?/p>

走鵑體長大約50厘米，生長在美國德州以及新墨西哥地帶。雖然它也不能飛，但它非常擅長快速奔跑，每分鐘可以跑500多米，約合時速30多公里。

看看鴕鳥和走鵑的大長腿可以知道，“大長腿跑得快”是個共性。

這其中涉及的生物及力學(xué)知識和人類一樣，默默摸摸自己大腿的肌肉就知道了，相寧暫且不說了??～

2  飛上天睥睨五洲

在某次幸運的被鳥兒的遺矢（既：食物殘渣排泄物）擊中之后，仰天長嘆：為什么鳥兒能夠輕而易舉地飛上天空，而我不能？？?。?/strong>

飛行原理可以用物理學(xué)（流體力學(xué)）中的伯努利原理來解釋。首先，解讀一下伯努利方程。

根據(jù)伯努利方程可得，流體流速越快，壓強越小。而鳥兒在飛行時，因為鳥兒翅膀是流線型，所以翅膀的橫截面形狀上下不對稱，翅膀周圍空氣的流線分布也變得不同：翅膀上方的流線密，流速大，下方的流線疏，流速小。

結(jié)合伯努利方程可知，翅膀上方的壓強小，下方的壓強大。這樣產(chǎn)生了作用在其翅膀上的向上的升力。

因為鳥兒翅膀所受到的向上的升力，比其自身的重力和受到的向下的壓力之和要大，所以鳥兒可以一躍而飛起。當然，改變翅膀的形狀以及煽動翅膀，高度也會隨之改變。

除此之外，鳥兒的身體還為順利飛行提供了許多有力因素：

　    1、發(fā)達的雞胸胸肌。對于鳥兒，除了翅膀，胸部發(fā)達的肌肉對于飛行也是非常重要的（雖然嘰嘰??不會飛，但雞胸肉還是超級大）。因為鳥兒的胸肌可以牽動翅膀的骨骼進行強有力的運動，使翅膀扇動起來，從而產(chǎn)生飛行的力量。

鳥類翅膀原理圖

　　2、輕盈的身體。這也是鳥兒為了飛行而精心設(shè)計的結(jié)構(gòu)——鳥兒骨骼纖細，羽毛桿中空，骨頭中空部分也較大，這樣即使體積很大的鳥兒也不會很重。也許你會說：薄薄的骨骼是不是很脆弱，強度不夠？不用擔心，聰明的鳥兒早就學(xué)會在骨骼里搭建“蜂窩”結(jié)構(gòu)了?！?strong>　3、鳥類的體內(nèi)器官也非同尋常。相信很多人都被鳥兒”遠程襲擊“過。（沒試過的話可以去北京師范大學(xué)附近逛逛）。鳥兒飛行時隨時隨地會將糞便排出，不是因為鳥兒找不見廁所憋不住了，而是因為鳥類沒有貯存糞便的直腸，也沒有貯存尿的膀胱。隨時排便能減輕體重，利于飛行?！　　　⊥砜梢姡词菇o人類安裝同樣比例的翅膀，人類也是沒有辦法飛起來的。

但是，野鴨子、天鵝、鸕鶿···不僅“霸占”了天空，還掌握另一種技能——游泳。

也許，對于大多數(shù)人，似乎一輩子都無法完全適應(yīng)水里的環(huán)境。泳鏡、鼻夾、泳帽、泳衣，甚至是潛水服、呼吸管等，都是為了幫助人與水能和諧相處。

而鳥類，往往一身又密又厚的羽毛，前胸凸起，在水里就像一只驕傲的小船，穩(wěn)穩(wěn)地浮在水而上，靜靜地游蕩，還時不時地把頭埋入水中，嘴里捉了只魚蝦美美地吃下。

再看看美麗的白天鵝，何其優(yōu)雅，怡然自得；對比人類在水中的表情，縱使是專業(yè)的運動員，也無法一直保持優(yōu)雅的笑容。所以相寧不禁心生狐疑：“這差別，咋就這么大呢？”

其實，這是因為鴨子天鵝等鳥類都是化學(xué)達人。它們的尾部有一個發(fā)達的尾脂腺，顧名思義，它可以分泌出油脂，而后它們會用嘴將這些油脂涂滿全身。

學(xué)過化學(xué)的同學(xué)都應(yīng)該了解，油脂屬于有機高分子鏈，這個高分子鏈上有很多疏水基團，所以沾了油脂的羽毛就有了疏水性，這樣水就不會浸濕它們的羽毛了。

疏水基團通常是C10～C20的烴基；含有芳基、酯、醚、胺、酰胺等基團的烴基；含有雙鍵的烴基。如圖是洗滌劑中常見的磷脂分子，它由兩個部分組成：親水基團和親油基團。這種親油基團產(chǎn)生疏水效應(yīng)，從而可以把衣物上的油脂類污漬洗凈。

再來看看鴨子，小短腿，還非?？亢?，不過這對于游泳是優(yōu)勢～而去中間還有蹼相連，就像兩只小槳。憑借著這些優(yōu)勢，它們當然可以自由地游來游去了。

可是嘰嘰??就不同了，它們的腳上沒有蹼，尾脂腺又不發(fā)達，如果進入水里，羽毛就會被水浸透，導(dǎo)致體重增加，時間一長，雞就會沉入水底被淹死的。不會飛也不會水，但是，它們會打鳴，會跳舞啊~~

圖片來源于網(wǎng)絡(luò)，感謝

【參考文獻】：

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