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鸟类学基础知识 鸟类的翅形

鸟类学基础知识 鸟类的翅形

三类飞行脊椎动物的翼

有了这样的先天优势,鸟类这一富有创造力的物种类群必然会将其发展到极致。相必细心的朋友都知道,鸟类的翅形非常复杂多样,而本文将带大家梳理鸟类的基本翼形,以及它们对应的飞行模式与适宜生境。

鸟翼的构成

首先让我们先来看一看,影响鸟类翅形的因素,以及由此形成的翅膀类型有哪些。

上侧为长翅骨,下侧为短翅骨;左侧为截形翅尖,右侧为尖翅

四类基本翅形,将在接下来仔细介绍

现在,让我们开始吧

1.椭圆翼( Elliptical wing)

(1)这类翅膀具有相比体长较短的前肢骨骼,构成翅膀的三节(指腕,尺桡,肱骨)往往比例相当。(2)在飞羽排布上,此类翅膀通常拥有比较短的初级飞羽,以及相比较长的次级飞羽,总体使翅膀呈现出比较短而圆润的形状,因此得名椭圆翼(虽然也可能是短长方形或三角形)。(3)拥有此类翅膀的鸟的飞行模式几乎必然是快起快落——即加速度大,在起飞不就即达到一个比较大的飞行速度,同时不会有太长的滞空时间(相对而言),且飞行中翅膀需要持续拍打。

这类低展弦比高翼载荷的翅膀在鸟类中相当常见,简而言之就是它对于不需要长途飞行的鸟类来说十分好用,且其加速快,机动性强,灵活易控制的特点更是成为许多林栖留鸟的不二选择。

现在让我们来看看实例

画眉( Chinese Hwamei)

红嘴相思鸟( pekin robin )

鹛类由于生活在拥挤的灌木林区域,拥有飞鸟中展弦比最低的翅膀,虽然无法长途高飞,但却换来了极高的灵活性与机动性。

青山雀( blue tit )

这两位的椭圆翼非常标准

冠蓝鸦( blue jay )

对于多数林栖鸣禽和攀禽来说,椭圆翼都是它们在密林中自由穿梭飞行的最佳选择

红胸蕉鹃( ruwenzori turaco )

一些不太飞行的陆栖鸟类往往也拥有这样的翅形

大走鹃( great roadrunner )

铜尾美洲咬鹃( elegant trogon )

咬鹃拥有鸟类中独一无二的奇特翅形,但其实上也是椭圆翼的变形

普通鸬鹚( common cormorant )

虽然看起来更像三角形,但结合实际飞行模式,鸬鹚的翅形仍然应当归属于椭圆翼。同样情况类似的还有鹭,鹮等鸟类。

根据中生代早期鸟类化石的复原我们可以得知,椭圆翼是鸟类最为基础的翼形,其他翼形都是在其基础上发展来的。现在,让我们来瞧瞧鸟类都是如何适应更复杂的生境和飞行模式的。

一只飞行的歌鸫( song thrush ),由于需要远距离迁徙,它将初级飞羽(以及同时翅膀第一节)拉长,获得更为削尖的翅膀,由此发展出了……

2.高速翼( high-speed wing)

高速翼在中小型鸟类中也比较常见,(1)和椭圆翼相比,此类翅膀的指腕部分骨骼拉长,其余没有太大变化(2)初级飞羽非常长,次级飞羽变短,三级飞羽或很少(甚至完全没有)(3)这类翅膀对于中小型鸟类较为容易控制,因为其展弦比和翼载荷都比较大,适宜的飞行模式主要是通过持续的拍翅维持高速长时间飞行。而当翅面扩大,拍翅阻力也会随之上升。本类翅形在小型水鸟和一些需要长途飞行的鸣禽,攀禽中比较常见。

金黄鹂( eurasian oriole )由于需要做数千公里的长途迁移,翅形比许多林栖鸣禽尖长

山蓝鸲( mountain bluebird )生活在北美西部的开阔地带

家燕( barn swallow )拥有非常典型的高速翼

呃,不用介绍的鸟

黄喉蜂虎( european bee-eater )

对于开阔地带的中小型鸟类来说,高速翼实在非常实用

亚历山大鹦鹉( Alexanderine parakeet )

包括绿头鸭( ballard )在内的很多小型鸭类都使用高速翼

刀嘴海雀( razorbill )的翼显然也是高速翼,只是为了适应划水,进化得非常短小,这也使得海雀拥有飞鸟中最高的翼载荷

使用高速翼的极致显然是雨燕,例如这只普通雨燕( common swift)

这只北极燕鸥( Arctic tern )的飞行姿态无比优美。包括燕鸥在内的许多鸻形目鸟类都拥有典型的高速翼,但当鸟类体型大到一定程度时,它们便必须寻找别的飞行模式

3.主动滑翔翼( active soaring wing)

这是一类非常特殊的翼形,其主要特点是,(1)指腕部不长,而尺桡骨和肱骨极其延长,使这只鸟的翅膀着生了大量的次级飞羽和较多的三级飞羽。(2)初级飞羽不算长,次级飞羽和三级飞羽短而整齐,使得这样的翅膀展弦比达到了极值,同时翼载荷也降低了。(3)拥有这类翅膀的鸟类比较少,主要是一些大型海鸟。许多长翼海鸟使用两种飞行技术:动力滑翔和斜坡滑翔。动力滑翔包括反复上升到风中,向下下降,从而从垂直风梯度中获得能量。这种机动方式使这种鸟能够在不拍动翅膀的情况下,每天飞行近1000公里,因此得名主动滑翔。而斜坡滑翔则是利用了海上大浪迎风侧的上升气流。这类翅膀在海上长途飞行毫不费力的同时,也有一些缺点:例如起飞困难,加速慢,拍翅费力等。且对于小型陆地鸟类来说不太实用。

漂泊信天翁( wandering albatross )

蓝脚鲣鸟( blue-footed booby)

丽色军舰鸟( magnificent frigatebird )

银鸥( herring gull )与近亲燕鸥截然不同,鸥的飞行模式更偏向于贼鸥那样的主动滑翔而非持续频繁拍翅

4.被动滑翔翼( passive soaring wing)

在鸟类体型大型化的同时,主动拍翅越来越不能适应飞行的需要。广阔的陆地上常有热气流产生,若是能利用热气流飞行而不是靠自己辛苦地振动翅膀,那对于大型鸟类来说该是一件多么美妙的事。为了捕获足够的热气流,务必需要尽可能大的翅膀面积。将翅膀拉长,同时保持比较低的展弦比,被动滑翔翼,这一较低展弦比,同时翼载荷极低的翅膀类型便诞生了。这类翅膀三节长度比例相当,前端初级飞羽等长,常使翼尖呈现出宽阔的形状。

使用这类翅膀的鸟类大多是中大型的陆栖鸟类,尤其是猛禽家族。这些巨大的食肉或食腐肉鸟类常常需要在空中逗留非常久的时间,而且不能飞得太快,以便搜寻目标。在这种情况下,利用热气流不费力地飞行便是最好的设计了。除此之外,鹳也是这一类型翅形的典型代表。本类翅膀的优点显而易见,那就是省力,但缺点也非常多,例如起飞困难,飞行被动化等。且对于小型鸟类来说,由于翅膀面积成平方增长,它们难以获取足够的热气流,因此几乎没有中小型鸟类使用这种方法飞行。

金雕( golden eagle )

加州兀鹫( Californian condor )美洲鹫类是使用被动滑翔最为出色的鸟类

欧洲白鹳( white stork )由于鹳采用被动滑翔式飞行,因此它们的迁徙路线不得不避免在海上做长途飞行

讲到这里,鸟类的基本4种翅形与飞行模式就介绍完了,但也有许多鸟类拥有自己独特的飞行模式,无法归入任何一个大类,现在,我们举几个例子。

1.蜂鸟

虽然蜂鸟的翅形看起来是高速翼,但它的飞行模式却不与任何一种鸟类相同。蜂鸟的指掌骨长而其他两节极短,没有三级飞羽,也几乎没有次级飞羽。其他鸟类拍翅时类似于在空中划桨,前肢骨骼关节弯曲,而蜂鸟则除了肱骨与肩胛骨关节活动以外,其他部位均保持僵直不动,同时极速振动翅膀,其飞行模式更类似于昆虫。

安氏蜂鸟( Annas hummingbird )的骨骼,为了支持高速振翼,蜂鸟的龙骨突无比巨大

吸蜜蜂鸟( bee hummingbird )

叉拍尾蜂鸟(Marvellous Spatuletail)

2.南方海燕类

分布于南半球的7种海燕(如今已单独成科)为了对抗南大洋的狂风,进化出了一种奇特的翅膀形态。它们的双翅长长,尖端却非常圆,这很可能是为了在狂风中稳住自己。

白脸海燕( white-faced storm petrel )

除此之外还有一些鸟类的特征比较冗杂,即它们可能完全符合某一类翅形,却不使用这类翅膀对应的飞行模式,反之亦然。

3.鹤

鹤的翅形完全符合被动滑翔翼的特征,但非常奇怪的是,尽管鹤体型巨大,却不使用被动滑翔式飞行,这使得它们与外表类似的鹳相当不同。鹤在飞行时,双翅持续拍打,属于主动飞行,正因为如此,鹤的龙骨突也比较深。

灰鹤( common crane )的骨骼

飞翔的丹顶鹤( red crowned crane )

4.火烈鸟

尽管火烈鸟的翅形更加类似于主动滑翔翼(次级飞羽多,尺桡骨长),但它们的飞行模式却类似于高速翼。

大火烈鸟/大红鹳( greater flamingo )

也有一些鸟类挑战自然规律,使用一些看起来不适合自己的飞行模式

5.夜鹰

夜鹰栖息于茂密的林地中,但夜鹰的翅膀展弦比却异常大(也存在差异),很多种类几乎与雨燕相当。无论是空中捕食还是长途迁移似乎都不需要这么长的翅膀,且这样的翅膀在林地活动会非常受阻碍。

欧洲夜鹰( european nightjar )

美洲夜鹰( common nighthwak )

6.天鹅

尽管天鹅身体巨大沉重,但天鹅的翅形却是非常标准的高速翼,在空中飞行时它们也采用相同的飞行模式(包括大型雁类也是如此)

疣鼻天鹅( mute swan )

介绍到这里,大家一定已经被鸟类翅形的多样性所震撼了。的确,鸟类是大自然的艺术家,它们从来不忘记改造自己适应更多的生境,而翅形的变化多端,就是最好的体现!

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