科学的解释鸟如何成为“水陆空三栖霸主”

昵称535749 2019-01-08

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科学的解释鸟如何成为“水陆空三栖霸主”

原创：颜相宁/中科院半导体所

当你一个人外出散步时：

抬头看向天空，除了蓝天白云，

还有——一对白天鹅！

低头看向脚下，除了草地荒原，

还有——一对火烈鸟！

遥看远处潋滟湖光，水波荡漾，

嗯，还有——一对鸳鸯！！！

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满满的都是爱❤️的形状

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为什么地球上要存在鸟儿🐦这种能跑能游还可能会飞的生物？

但大脑经过“九九八十一天”的飞速思考之后，也许这其中的物理学知识和化学知识能规劝我等淡定，好好学习，沉迷于知识的海洋就够了！

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1 跑起来雄霸天下

鸟儿陆上的行为，就是走走跑跑跳高高。

鸟儿的跑，最有代表性的就是鸵鸟了。这种身高可达240-280厘米的草原霸主，凭借又细又长的腿，跑起来时速可达72千米。

体现一下鸵鸟的雄风。

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其实，出了鸵鸟，还有一种特别能跑的鸟——走鹃，英文名是road runner（一听名字就特别能跑 500 ）。来张特写：

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走鹃体长大约50厘米，生长在美国德州以及新墨西哥地带。虽然它也不能飞，但它非常擅长快速奔跑，每分钟可以跑500多米，约合时速30多公里。

看看鸵鸟和走鹃的大长腿可以知道，“大长腿跑得快”是个共性 500 。

这其中涉及的生物及力学知识和人类一样，默默摸摸自己大腿的肌肉就知道了，相宁暂且不说了😄～

2 飞上天睥睨五洲

在某次幸运的被鸟儿的遗矢 500 （既：食物残渣排泄物）击中之后，仰天长叹：为什么鸟儿能够轻而易举地飞上天空，而我不能？？！！

飞行原理可以用物理学（流体力学）中的伯努利原理来解释。首先，解读一下伯努利方程。

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根据伯努利方程可得，流体流速越快，压强越小。而鸟儿在飞行时，因为鸟儿翅膀是流线型，所以翅膀的横截面形状上下不对称，翅膀周围空气的流线分布也变得不同：翅膀上方的流线密，流速大，下方的流线疏，流速小。

结合伯努利方程可知，翅膀上方的压强小，下方的压强大。这样产生了作用在其翅膀上的向上的升力。

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因为鸟儿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压力之和要大，所以鸟儿可以一跃而飞起。当然，改变翅膀的形状以及煽动翅膀，高度也会随之改变。

除此之外，鸟儿的身体还为顺利飞行提供了许多有力因素：

　 1、发达的鸡胸胸肌。对于鸟儿，除了翅膀，胸部发达的肌肉对于飞行也是非常重要的（虽然叽叽🐔不会飞，但鸡胸肉还是超级大）。因为鸟儿的胸肌可以牵动翅膀的骨骼进行强有力的运动，使翅膀扇动起来，从而产生飞行的力量。

500 鸟类翅膀原理图

　　2、轻盈的身体。这也是鸟儿为了飞行而精心设计的结构——鸟儿骨骼纤细，羽毛杆中空，骨头中空部分也较大，这样即使体积很大的鸟儿也不会很重。也许你会说：薄薄的骨骼是不是很脆弱，强度不够？不用担心，聪明的鸟儿早就学会在骨骼里搭建“蜂窝”结构了。　　3、鸟类的体内器官也非同寻常。相信很多人都被鸟儿”远程袭击“过。（没试过的话可以去北京师范大学附近逛逛 500 ）。鸟儿飞行时随时随地会将粪便排出，不是因为鸟儿找不见厕所憋不住了 500 ，而是因为鸟类没有贮存粪便的直肠，也没有贮存尿的膀胱。随时排便能减轻体重，利于飞行。　　　　同理可见，即使给人类安装同样比例的翅膀，人类也是没有办法飞起来的。

3 一入江如鱼得水

但是，野鸭子、天鹅、鸬鹚···不仅“霸占”了天空，还掌握另一种技能——游泳。

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也许，对于大多数人，似乎一辈子都无法完全适应水里的环境。泳镜、鼻夹、泳帽、泳衣，甚至是潜水服、呼吸管等，都是为了帮助人与水能和谐相处。

而鸟类，往往一身又密又厚的羽毛，前胸凸起，在水里就像一只骄傲的小船，稳稳地浮在水而上，静静地游荡，还时不时地把头埋入水中，嘴里捉了只鱼虾美美地吃下。

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再看看美丽的白天鹅，何其优雅，怡然自得；对比人类在水中的表情，纵使是专业的运动员，也无法一直保持优雅的笑容。所以相宁不禁心生狐疑：“这差别，咋就这么大呢？”

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其实，这是因为鸭子天鹅等鸟类都是化学达人。它们的尾部有一个发达的尾脂腺，顾名思义，它可以分泌出油脂，而后它们会用嘴将这些油脂涂满全身。

学过化学的同学都应该了解，油脂属于有机高分子链，这个高分子链上有很多疏水基团，所以沾了油脂的羽毛就有了疏水性，这样水就不会浸湿它们的羽毛了。

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疏水基团通常是C10～C20的烃基；含有芳基、酯、醚、胺、酰胺等基团的烃基；含有双键的烃基。如图是洗涤剂中常见的磷脂分子，它由两个部分组成：亲水基团和亲油基团。这种亲油基团产生疏水效应，从而可以把衣物上的油脂类污渍洗净。