滑翔

余　夫

天空是如此的遼闊，動物們似乎都產生過在天空中翱翔的夢想。盡管它們中的大多數最終并沒有演化出像昆蟲、鳥類或者蝙蝠那樣靈巧的飛行能力，但是也有許多種類并不是失敗者，特別是在各個脊椎動物類群中，都有一些種類可以在空中飛行一定的距離，這種運動形式就是滑翔。

滑翔是一種不甚費力的飛行運動。實際上，它也可以被看做是一種更加精巧的降落，或者可以簡單表述為“下降角小于45度的降落”，這意味著具有更長的水平運動距離。具有滑翔能力的動物一般具有翼狀結構，這種流線型的飛行器官可以產生升力和推力以抵消身體的重力和空氣的阻力，從而使之能在空中停留更長的時間、滑行更長的距離。

海面上的“小飛機”

古詩云：“海闊憑魚躍，天高任鳥飛”，但是在浩瀚無垠的海面上，人們卻可以看到一類掠浪而過的“小飛機”，這就是飛魚。飛魚最奇特的就是長有“翅膀”，不過它不同于鳥類的翅膀，而是一直延伸到尾部的一對寬大的胸鰭。它的整個身體則像一個織布的“長梭”。每當它準備離開水面時，首先在海中以每秒10～30米的速度高速運動，胸鰭緊貼身體兩側，用尾部用力拍水，整個身體好似離弦的箭一樣向空中射出。飛騰躍出水面后，飛魚就打開又長又亮的胸鰭快速向前滑翔，在離開水面4～5米的高度，像滑翔機一樣飛行，在空中停留的最長時間可達1分鐘之久，飛行的最遠距離有400多米，飛行速度可達16米／秒。有時，許多飛魚一同競飛，此起彼伏，在藍色的海面上時隱時現，破浪前進，景象十分壯觀。

僅就在空中的運動表現，飛魚似乎處在滑翔與飛行進化的兩可之間。這是因為它在空中運動時有拍打“翅膀”——胸鰭的動作，這種高超的本領是昆蟲、翼龍、鳥和蝙蝠這些具有主動飛行能力的動物所特有的。遺憾的是，飛魚的胸鰭雖然特別發(fā)達，但是胸鰭的基部卻沒有像鳥類那樣的運動肌肉，因此胸鰭的拍動不能給飛魚以前進的動力，不能增加它們的空中運動距離，所以它的空中運動還是屬于滑翔。飛魚的這種滑翔運動可能是逃脫被獵食危險的一種手段，也可能是在炫耀其非凡的本領。

除了飛魚之外，還有一些魚類也有一定的滑翔能力。例如體型巨大、形似蝙蝠的蝠鲼，興起時常常鼓動雙鰭拍擊水面，作旋轉狀的跳躍，還會在離水面三四米高的空中拖著長尾巴滑翔。

能在海面上進行類似“飛行”的動物還有屬于頭足類軟體動物的烏賊。它的動力來自其頸部的特殊管道向外噴水而獲得的反作用力。在飛出水面之前，烏賊在水中將腕緊緊疊成錐狀，長長的觸腕伸直，后鰭緊貼住外套膜，把摩擦阻力減少到最低限度。然后就以噴射方式劇烈運動，當達到最大速度時，猛然躍出水面。在空中，烏賊立即將鰭盡量展開，第二、第三對腕也最大限度地張開成拱狀，形成了最佳的“飛行”狀態(tài)。烏賊滑翔的速度可達每秒9～12米，高度通常不超過1米，距離最多可達50～60米。對于它們逃避敵害來說，這完全足夠了。

樹林間穿梭的兩棲爬行動物

在我國南方以及南亞、東南亞一帶的熱帶森林中，生活著一類與眾不同、能在林間滑翔的樹蛙，人們更喜歡叫它飛蛙。飛蛙的身體大多為綠色，在樹上生活，晝伏夜出，捕捉昆蟲和蜘蛛等為食。它們的指、趾大而長，非常發(fā)達，末端膨大成吸盤，指、趾之間還具有很發(fā)達的蹼膜，這種粗簡的結構就為其在空中滑翔提供了空氣動力學特性。此外，樹蛙的體側皮膚在滑翔時也可擴展，增大了身體的表面積，可以在空中滑翔15～20米，甚至能從平地上一躍到1.5～2米高的樹上。飛蛙在滑翔之前，還要先用肺吸足空氣，使自身的體積增大，以便獲得更大的浮力，這樣滑翔起來就輕便多了。

飛蜥俗稱“飛龍”，同樣生活在我國南方以及南亞、東南亞一帶。它們所擁有的“翅膀”其實是它們身體兩側的皮膚延伸變成，由五條延長出來的肋骨所支持。它的肋骨有一定的活動性并大大延長，從身體的兩側伸出來，伸得很長，那些皮膚就被這些肋骨拉得很大。這些肋骨可以打開、合攏，就像扇子一樣。當飛蜥在樹枝上奔跑的時候，它的肋骨是合攏的，可是當它要到另一棵樹上去的時候，肋骨就打開了，這樣就可以張開“翅膀”飛過去。它的“翅膀”內有許多血管，具有散熱的功能，所以也是一個體溫調節(jié)器官。飛蜥的這種結構的優(yōu)點是用不著依靠四肢。它在高10米的樹上，能以20°的角度飛過60多米遠的一片空地，然后落在另一棵樹的樹干上。這時候，如果有昆蟲從空中飛過，它就對準目標，展開皮膜，在滑翔中張口捕食。

能滑翔的爬行動物還有分布于東南亞的“飛壁虎”。它的飛行器官不如飛蜥那樣完善，是由身體兩側向外長出的厚皮構成，平時，兩邊的皮膜收在腹部，靠得很近，但互不重疊。頭部和尾部兩側，長著同皮膜相似而稍小的皮膚褶皺，雖然沒有肌肉可以讓它們伸展開來，但下沖時的空氣壓力迫使皮褶擴展，當飛壁虎飛到地面上的時候，它們也可以很好地起到降落傘的作用。此外，在身體和尾巴的邊緣都有流蘇一樣的鱗片；前后足趾間都長有寬大的蹼，當它在空中滑翔時，這些蹼就會全部張開。

最讓人想象不到的會飛的爬行動物恐怕就是飛蛇了，然而，的確有少數蛇類會向空中跳躍，甚至滑翔一段距離，例如生活在南亞一帶的“滑翔蛇”，當地人叫它“卡拉沃拉”。它們長得又細又圓，爬樹本領很高。在滑翔之前，它們先呼出自己肺部的氣體，把自己的肋骨展開，拉緊全身的皮膚，使身體扁平，同時把腹部彎曲成凹狀，把空氣壓向下方形成一個“氣墊”，以一個傾斜的姿勢滑翔，像一片葉子一樣，自然飄向地面或草叢中，滑翔距離可達50米遠。有時候，它們也會從一株高大的樹木滑翔到一株較矮的樹木上。不過，它的滑翔能力不如飛蜥，飛蜥能夠從一株平行地滑翔到另一株，而滑翔蛇卻不能，只能斜著向下方滑行。

在莫桑比克魯伍馬河流域的草原上，也生活著一種當地人叫“飛蛇”的無毒蛇。這種飛蛇能從草叢里躍起3～4米高，每次可滑行6～7米遠，快得像支離弦的箭，據說甚至能捕食飛行中的小鳥。

脊椎動物中最早的夭空征服者

事實上，從化石記錄中發(fā)現，爬行動物中的一些種類好像很早就開始在樹木之間進行滑翔了。大約2.5億年以前，在現在叫做馬達加斯加的地方生活著一種叫做靈巧龍的動物，它有著長長的尾巴，還有兩排肋骨來支撐翅膀上的皮膚。它們的翅膀展開時大約有33厘米長，而它的整個身體也只有40厘米長。

5000萬年以后，又出現了生活在英國的始虛骨龍和北美洲的依卡洛蜥。它們的肋骨比較少，大概只有10或11對，可是它們支撐著一張用來飛行的

膜，這張膜非常堅固。生活在中亞的長鱗龍，其名字的意思就是“長長的鱗片”，因為在靠近其脊椎的地方有一些比它的身體還要長、特別平的鱗片。人們推測每對這樣的附屬物都對應著一枚脊椎，這樣10對緊密排列的附屬物的邊緣就可以依次重疊，形成一個完整的、奇特的“翅膀”。它的體長只有10～12厘米。當它休息的時候，這些鱗片就像蝴蝶的翅膀一樣合攏放在背上，可是一旦要滑翔的時候，它們就向兩邊呈水平展開。長鱗龍的這種獨特構造和現生鳥類羽毛的羽軸、髓帽等微細結構都具有可比性。盡管長鱗龍的皮膚衍生物可能和后來的鳥類羽毛沒有什么直接的關系，但是它的空氣動力學特性確實使人們相信這種原始的小動物已經具有了滑翔的能力。身體細長的沙氏龍在長長的后腿的末端和尾巴的根部之間有一張三角形的皮質的翼膜，形成一種真正的、附著在后肢上的翅膀，使這種體長約25厘米的小動物飛起來的時候就像是一張被扔出去的紙，在樹木之間飄來飄去。

這些會滑翔的爬行動物的化石的共同點就是它們都是小型動物。一般說來，脆弱的小動物不像大恐龍那樣容易變成化石，那么，到底還有多少會飛的爬行動物是我們不知道的呢?

不過，也有體型較大的爬行動物向空中發(fā)展，這就是恐龍的近親——翼龍類。目前發(fā)現的最大的翼龍體長達8米，其骨骼輕巧，長骨中空，既輕又堅固，適于飛行生活。翼龍的前肢變?yōu)橐恚捎珠L又粗壯的第四肢支撐著連結身體側面和后肢的皮膜形成，具有類似鳥類翅膀的作用，而第一、第二、第三指長在翼外，變成鉤狀的小爪，第五指退化消失。翼龍棲息在海岸或咸水湖邊，曾利用它們高超的飛行能力稱雄天空達1.5億年之久。不過，也有一種意見認為，從它們的化石來看，它們的胸肌并不發(fā)達，恐怕只能從高處張開翅膀滑翔，并不能自由自在地長時間在空中飛翔。

向空中發(fā)展的哺乳動物

袋鼯是有袋類動物向空中發(fā)展的一支，包括大袋鼯屬的1種和小袋鼯屬的4種動物。它們的身體大小不一，小的與老鼠差不多，大的則比貓還要大一些。它們的身體由頭到尾極為扁平，在前肢的腕部至后肢的踝部之間有一個皮膜，也叫翼狀褶。憑借這一皮膜和羽毛狀的尾巴，袋鼯利用風或氣流能在林間的空中滑翔一段距離，最多可達40多米。在滑翔中，它們還能利用扭動皮膜和尾巴，在小范圍內轉移方向。在接近迎面的樹干時，它們會將上身挺起，減慢飛速，避免碰撞。

鼯猴又叫飛猴、貓猴，共有2種，屬于哺乳動物中特殊的一類——皮翼類，分布于東南亞一帶的熱帶雨林中。它們的身體上有能夠展開的皮膜，與其他滑翔哺乳動物不同的是，皮膜是從耳后的頸部兩側以及頦部開始，經前后肢向后一直延伸到尾尖和指、趾端，而不是終止于腕部和踝部。因此，它們能在樹木間滑翔，最遠可以超過130米。鼯猴經常從一棵樹滑翔到另一棵樹，然后迅速往上爬，接著又向第三棵樹滑翔過去。它滑翔的姿態(tài)很美，前肢張開時寬度可達1.2米，幼仔也可以緊貼在雌獸胸部一起滑行。鼯猴的皮膜在空氣的壓力下會鼓起，每次至少能滑翔60多米遠，也能飛出百米以外，還能自如地控制“飛行”的方向和?飛行”的高度。

大約有將近50種嚙齒類動物可以在空中滑翔，分別屬于鼯鼠類和鱗尾鼯鼠類。鼯鼠生活在美洲的中部和北部以及亞洲北部、東部、南部和東南部。鱗尾鼯鼠尾巴上長著鱗片，共有6種，均生活在非洲的森林里。

鼯鼠的體形很像松鼠，身軀兩側前后腳之間有一層薄膜，膜的兩面長有細毛。它們爪子的關節(jié)上長著一塊軟骨，這塊軟骨對它們的副翼起著支撐作用，而且副翼要張開的時候，也靠這塊軟骨來帶動。對于鱗尾鼯鼠來說，同樣的任務由肘關節(jié)上的_，塊軟骨來完成。它們的副翼上長有肌肉，肌肉的松緊可以控制副翼的開合。鼯鼠起飛的時候要先跳一下，通常可以滑翔20～50米的距離，而那些體型比較大的種類最高可達450米之遠。它們通過改變翅膀的位置和副翼的形狀來調整方向或轉彎。當它們到了目的地的時候，就把尾巴垂下來當剎車，然后把頭抬起來。它們輕輕地落在樹干上。毫無疑問，很多鼯鼠對自己的飛行都控制得很好。

蝙蝠是唯一具有真正的飛行能力的哺乳動物，屬于翼手目，共有將近1000種。不過，蝙蝠的祖先——“原始蝙蝠”可能也僅僅具有滑翔的能力。在缺少具有主動飛行能力的其他哺乳動物競爭的條件下，這類原始蝙蝠為了降低活動的成本，可以不受限制地演化它的滑翔裝置——翅膀。而且，蝙蝠的祖先通過在夜晚活動，成功地避開了具有強大飛行能力的鳥類的威脅。

在空氣動力學上，為了降低空中運動的成本，動物可以通過翅膀等結構的改變，以達到降低滑翔角度、增加滑翔距離的目的。這些改變包括：第一，增加翅膀的面積，以降低單位翅膀面積上所承載的重量；第二，增加翼的縱橫比，即增加翅膀的長度，以減少空中運動的各種空氣阻力。這兩種方式的改變都可以逐步通過手指的增長，從而使它所支撐的翼膜變大而獲得。

隨著原始蝙蝠滑翔角度的降低，滑翔距離的增加，即滑翔能力的增強，它們就可以越來越少地依賴樹上的爬行。與滑翔相比，樹上爬行和地面行走都是要花費較多的能量的。

原始蝙蝠滑翔能力的逐漸加強，是以逐漸犧牲四肢的爬行能力為代價的。翅膀的面積越大、翅膀的長度越長，滑翔能力就越強。但是翅膀的這種演化最終既受到蝙蝠本身手指延長能力的限制，又受到外界密集的植物環(huán)境對翼面積和縱橫比要求的限制。這也這就是說蝙蝠翅膀的延長不是無限的。

隨著這種原始蝙蝠前肢的逐漸增大，滑翔能力的逐漸增強，前肢所承受的力也越來越大，這就需要越來越強的肌肉來固定前肢在身體上的位置，所以前肢肌肉變得越來越發(fā)達。

真正的“空中之王”

昆蟲和鳥類是真正的空中之王。昆蟲是地球上最早在空中飛行的動物，也是獨一無二的有翅、能飛行的無脊椎動物。與鳥類的雙翅是由前肢演變發(fā)展的不同，昆蟲的翅膀是由胸部背板兩側向外擴展成側背葉而逐漸發(fā)展演化形成的。

鳥類翅膀的橫斷面成流線型。它背面稍隆起，腹面稍凹陷，翼的前緣與流體媒質(氣流)形成迎角，翼沖著流質前進時若前沿上翹，迎角增大，背面的流質壓力下降，腹面壓力增大，翼便會因造成的升力大于自身的體重而上升。不過，假如迎角超過約15°，便不能前進了，此角度被稱為失速角。

此外，滑翔的鳥與降落傘不同，它能在一定范圍內以不同速度滑翔，但速度有一個最低極限。低于該極限就不能滑翔。與降落傘的情況一樣，這個最低速度也隨翅膀面積的增加而減小，隨體重的增加而增大。

當鳥向地面滑翔時，雙翅左右伸展不動，高度逐漸降低，速度逐漸加快?；璧米詈玫镍B類可以幾乎不降低自身的高度而沿水平線前進。滑翔的速度決定于鳥的體重和翅的大小。體重翅小的鳥類滑翔較快，反之，體輕翅大的鳥類滑翔較慢。如果把滑翔時前進的速度和下降的速度加以比較，可發(fā)現滑翔開始不久，前進速度最慢，下降速度幾乎等于零。以后兩者都加快，直到下降速度超過前進速度，最后鳥體著陸。不過鳥可調動尾羽提高空氣所造成的阻力，使鳥體著陸較慢，這稱為軟著陸。

鳥體的重力是造成下降的因素，作用于滑翔時的空氣動力學因素，包括由流線形鳥翅所造成的升力和空氣所造成的與前進方向相反的阻力。對這兩種力產生影響的因素，包括翅的大小、形狀(流線形程度和展弦比)以及鳥的體重。翅能擔負多少體重，對滑翔尤為重要。大形的鳥類如兀鷲進行高速度滑翔的能力遠遠超過飛蝗，兀鷲最小的滑翔角度約為5°，而飛蝗的滑翔角度約為30°。鼯鼠的滑翔能力也比不上鳥類，它的最小的滑翔角約在20°左右。動物滑翔時體重與翅面積的比例很重要，翅的單位面積所能負擔的體重稱為載量。鳥類要著陸時為了要加快下降的速度，常縮小翅膀以提高載量，同時張開尾羽，以提高在空氣中的阻力。

雖然鳥類是最成功的飛行動物，但毫無疑問，滑翔是它們征服天空的第一步。隨著原始鳥類滑翔本領的逐漸增強，水平運動距離的逐漸增加，鳥類祖先在空中開始具有了非常強的控制身體的能力，能夠非常好地控制身體的各種姿勢，利用空氣阻力完成空中運動，從而擁有了良好的空氣動力學操縱能力。不過，由于飛行需要花費較大的力氣，消耗的能量也多，因此，很多鳥類在空中的大部分時間都是用在了滑翔上。它們就是這樣，憑借高超的技術在天空中生活，悠然自得。

責任編輯龐云