翅膀：大自然赋予的生存法宝

物竞天择，适者生存。达尔文认为，适者生存是地球生物生存和进化的基本法则。几亿年来，许多远古生物已经灭绝，有些物种经过多次进化和繁衍，进化成了不同种类的后代。

研究表明，翅膀其实是大自然赋予动物生存的法宝，会飞的动物在进化和生存上有很多优势。在残酷的进化史中，大自然一次又一次地创造出各种各样的翅膀，从昆虫到翼龙。许多动物受益于飞行。

生存之路

翅膀对物种的繁衍起着很大的作用。科学家首次在3.25亿年前的巨型蜻蜓化石中发现了翅膀，随后的化石研究结果表明，从那时起，昆虫的物种多样性从翅膀诞生开始爆发。

当然，在进化的道路上还有其他受益于翅膀的物种:蝙蝠这种现今唯一能飞的哺乳动物的物种，实际上占了所有哺乳动物物种的1/5；鸟类已被证明是史前大型动物大灭绝中幸存下来的唯一恐龙后代。

研究表明，飞行动物不仅可以通过飞行来逃避捕食者，还可以从飞行中进化出许多有利的生理优势。例如，因为翅膀的存在，鸟类感知世界的速度是人类的两倍，蝙蝠甚至可以通过声音在大脑中绘制详细的3D地图。

翅膀的秘密是什么？

昆虫是自然界中最敏捷的飞行者。他们可以在空中悬停和倒飞，并且可以在短时间内极快地加速。最近，科学家们终于揭开了他们高超的飞行技术，背后的秘密。

飞虫越小，其飞行机制越复杂。身体小不一定是优势，因为身体小翅膀小。那么，小翅膀的升力是怎么来的呢？昆虫为了飞行或停留在空，必须快速拍打小翅膀，但这会导致神经冲动跟不上它翅膀的节奏；相比之下，大型飞虫，如蝴蝶或大黄蜂，翅膀每扇动一次，只需要一个神经冲动，可以更好地保持神经信号和肌肉的同步。所以对于体型较小的昆虫来说，翅膀的控制要复杂得多。

神经冲动

它是神经细胞突触的电化学传导，作用是使我们受到外界刺激后做出反应。当我们受到刺激时，受体发出神经脉冲，神经脉冲通过神经元传到脊髓，然后传到大脑。经过大脑分析，神经脉冲被发送到我们的肌肉，以便我们能够做出反应。

除了能够更快地拍打翅膀，小昆虫还进化出了其他身体优势。比如昆虫翅膀周围的肌肉纤维组织与其他部位的肌肉相比，非常对称，有助于增强翅膀的冲击力，可以利用空空气中的局部压力变化来提高自身的升力。在空悬停和倒飞的技术方面可以做的更好。

恐龙变成了鸟。

昆虫并不是唯一从陆地进化到空的物种。大约1.5亿年前，被称为“世界上最大的鸟”的始祖鸟也是从陆地进化而来。

长期以来，科学家们一直在争论始祖鸟是不是一种鸟。许多专家认为，化石清楚地表明这种生物有带羽毛的翅膀，因此它们是鸟类；另一组专家认为它们有牙齿和尾骨，这是所有陆生恐龙的特征。因此，生物学家曾经将始祖鸟定义为介于恐龙和鸟类之间的进化生物，认为它们不会飞。

现在，俄亥俄大学的科学家有了新的发现。科学家研究了1.47亿年前始祖鸟的头骨，通过1300张x光片，用计算机重建了这种动物大脑的3D版本。计算机模型显示，始祖鸟的脑容量为1.6毫升，约为同等大小爬行动物的3倍。此外，3D图像显示，它们的耳道和大脑的视觉中心与现代鸟类一样宽。

发现了大脑发育良好的证据后，几乎所有的科学家都同意始祖鸟确实能飞，尽管它可能还不是一个非常敏捷的飞行员。

哺乳动物也会飞。

大约5000万年前，唯一会飞的哺乳动物——蝙蝠——出现了，哺乳动物成为世界上最后一个进化出飞行能力的物种。

蝙蝠在晚上很特别。在黑夜中，它们通过声音和大脑中的记忆导航。因此，美国约翰霍普金斯大学的大脑研究人员对蝙蝠在黑暗中的导航能力进行了研究。他们在蝙蝠的大脑中植入一个小型传感器，然后把它放在一个有障碍物的房间里，观察蝙蝠通过障碍物时大脑的活动。实验发现，蝙蝠的大脑具有存储功能，可以保持周围环境的静态地图。科学家将这种静态地图描述为蝙蝠大脑中纵横交错的网格线。当你面前有障碍物时，你会碰到其中一条网格线。这时，蝙蝠大脑中相应的神经细胞就会被激活，为蝙蝠提供地图上障碍物的具体位置。当蝙蝠的头部与目标物体成特定角度，难以立即定位时，神经细胞也会发出信号，画出目标物体的详细位置，并在大脑中重新编制网格图。

科学家还发现，蝙蝠有时会发出几种超声波信号。强烈的信号使它们能够注意特定的物体，这对它们躲避障碍物或在茂密的森林中寻找食物有很大的帮助。

蝙蝠和鸟类一样有超灵敏的感官，更依赖于感知，所以更适合在黑暗的掩护下狩猎。此外，它们的大脑具有绘制和存储大面积静态地图的能力，这使它们能够飞行很长的距离，以便寻找更多的食物，从而确保了第一批飞行哺乳动物的生存和繁殖。

翅膀与人类发明

翅膀不仅能造福鸟类，对人类的发明也同样重要。

研究鸟类大脑的尼尔斯·伯格(Niels Berg)认为，鸟类可以在飞行中睡觉，甚至进入理想的快速眼动睡眠阶段。研究表明，他们通过一次只睡一个半球来做到这一点。碰巧的是，由于人类睡眠不足是当今社会日益严重的问题，尼尔斯希望通过研究鸟类的睡眠模式，为人类睡眠不足提供更好的解决方案。

荷兰瓦赫宁根大学的科学家在改装无人机机翼时，也受到了昆虫飞行稳定性的启发。对黑腹果蝇翅膀的研究表明，即使翅膀严重受损，通过改变翅膀拍动的频率，黑腹果蝇仍然可以保持飞行。根据这一原理，科学家们设计制造了一种具有特定功能的机翼。就像果蝇一样，即使受到损伤，它仍然可以留在空中，继续飞行。

此外，对蝙蝠飞行形态和翼膜结构的研究有助于可变形微型飞行器的创新设计。

蝙蝠的翅膀既不同于大多数昆虫翅膀的轻“膜+脉”结构，也不同于鸟类翅膀的前肢“翼”结构。取而代之的是由上肢骨骼和翼膜(翼膜从蝙蝠的颈部连接到脚踝)组成的“翼身一体”结构。蝙蝠的前肢很长，有很多关节。它的翅膀由40多个独立的关节和附着在关节上的一层软膜组成。所以翅膀变形很大，自由转换的方式多达30种。受这些启发，来自英国南安普顿大学和伦敦帝国理工学院的科学家成功设计了一种新型薄膜可变机翼。有了这个机翼，就可以做微型无人机，无人机可以飞得更高。

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