鸟飞“人”字形更省力

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群鸟飞成人字型这种情况大多数人应该都看到过,那么为什么鸟类一起飞行时喜欢组成一个“人”字的造型呢。之前对于这个问题一直没有一个明确的答案,后来14只装备了超轻感应器的隐鹮从奥地利飞越近千公里抵达意大利的托斯卡尼,在它们的帮助下研究者认为,正确的解释真的是人们长久以来一直这么觉得但始终没有完全证明的那个理由:人字形帮助鸟类节省能量。

这项研究关注的是隐鹮,但专家认为它也适用于别的飞人字形的鸟类,比如鹅、鸭子和鹈鹕。这些隐鹮出生在维也纳动物园,它们是一项保育计划的一部分——该计划的目的是把这种极危的鸟类重新引入它在欧洲的天然分布区。

研究的几位作者也是这些隐鹮的养父母,带它们在奥地利萨尔茨堡做飞行训练。人类坐在伞翼机(一种轻型飞机,看起来像沙滩车上挂着一个降落伞)里飞行,鸟儿就跟着飞。“随着飞行训练的进行,它们的人字阵列明显越来越好了。”论文作者之一、皇家兽医大学博士后斯蒂芬·波秋歌(Steven J. Portugal)说。

最终,在“养父母”的教导下鸟儿踏上一千公里的迁徙之路,从萨尔茨堡飞到意大利的奥尔贝泰洛。鸟儿身上带着定制的数据记录仪,允许研究者跟踪振翅状况、速度和方向。仪器重量不到30g,却包括加速度仪、陀螺仪、磁力计、记忆卡、电池、微控制器还有GPS(“比我们手机上那个GPS要强得多”,乌舍伍德说)。这个GPS可以精确到30厘米,每秒钟刷新5次——要想探测到鸟儿之间的相互位置,就得有这么高的精度。

研究者分析了鸟类在7分钟飞行中的位置,比较了这些观测数据和空气动力学模型的理论预期。肯尼·布鲁尔(Kenny Breuer),布朗大学工程学教授和演化与生态教授,和他的同事戴维·威利斯(David Willis)等人一同计算出了这些预期。当翅膀向下推动空气,产生升力的时候,其它空气会向翅膀两侧升起、形成涡旋。飞机机翼也会产生类似涡旋,有时会留下可见的痕迹。

但是鸟类飞行扰动的气流远比飞机复杂许多。“这些尖端涡旋的力量随着振翼的阶段不同而变化”,布鲁尔博士说,“要想充分利用队长的气流,你要飞在最合适的位置上,而且在最恰当的时机振翅。”

对24000次振翅进行分析的结果表明,隐鹮能够调整它们的位置和振翅相位来从涡旋中获取最大的升力,当它们在阵列中交换位置之后还会重新调节。这项新研究没有说明这些动作到底能省下多少能量,不过在长途迁徙中哪怕是很小的能量节约,对于鸟儿来说也是非常重要的。

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