全球热门:鸟类翅膀上的羽毛颜色有什么作用？

2022-10-21 16:09:52 来源：科普中国

人类可能从他们有思想开始就一直在关注鸟类和其他飞行生物。鸟类的羽毛颜色令人着迷，体现了很重要生物学意义，比如保护色、求偶炫耀等，这些都是大家可以想出来的。但是一些研究仿生学和空气动力学的专家利用实验证明了鸟类翅膀颜色的其他功能。

(相关资料图)

不同海鸟类群，翅膀上黑色的比例差别不小，图片来源：Rogalla et al. 2021

我们都见过许多不同类群的海鸟，如（信天翁、鹱、贼鸥等），它们都独立演化出深色的翅膀（图）。最近，一项新的研究表明，这些颜色较深的翅膀帮助鸟类在强光下迅速升高翅膀温度，加热的翅膀可以提升鸟类的飞行效率。换句话说，翅膀颜色越深的海鸟，它们的飞行效率越高。

信天翁的黑翅膀在阳光下可以吸收热量而产生升力，供图：Depositphotos

这项研究发表在 2021 年 7 月份的《界面（Interface）》期刊上。来自根特大学、冯卡门流体动力学研究所 (VKI)、鲁汶大学、比利时皇家自然科学研究所和西北大学的研究人员首次表明羽毛的颜色可以对飞行性能的演变产生影响。使用在冯卡门流体动力学研究所的风洞，他们发现对深色鸟类翅膀进行更强的加热可以提高飞行效率，有时高达 20%。

在冯卡门流体动力学研究所的风洞实验，Svana Vonkarman 供图

此外，他们使用进化分析表明，黑色素的数量遵循与其他有助于飞行效率的变量相似的进化轨迹。因此，信天翁等飞行效率高的鸟类往往有黑色的翅膀，而深色的翅膀似乎体现了一种将飞行成本降至最低的适应性特征。

无独有偶，这个团队在 2019 年的研究发现了类似的规律。在这项早期研究中，研究人员们发现，白色翅膀羽毛靠近身体和黑色翼尖的鸟类从它们的翅膀颜色中获得了更大的升力。在他们发表在《界面（Interface）》上的论文中，该研究小组描述了他们对几种鸟类翅膀颜色研究后的发现。

研究人员想知道鸟类的颜色是否对飞行效率有任何影响。为了找到答案，他们收集了几个鸟类假剥制样本，并将它们带到实验室进行研究。实验包括把翅膀标本放入风洞中，用红外线加热它们，然后测试它们的特性。他们最感兴趣的鸟类是翱翔能力强的鸟类，如小黑背鸥（Larus fuscus）、北鲣鸟（Morus bassanus）和鹗（Pandion haliaetus）。他们在各种风力条件下测试了每种样品，以查看翼色是否对飞行效率有影响。值得注意的是，擅于翱翔的鸟类有时甚至可以在不用扇动翅膀的情况下获得它们的翱翔高度。

研究团队利用风洞和红外线加热装置，对于鸟类标本的翅膀受热和飞行效率进行测定和模拟，图片来源：Rogalla et al. 2019

这篇论文显示，在加热的情况下，深色羽毛比浅色羽毛区域的温度更高，而且它们也比浅色羽毛更快地获得热量。但是，只有身体附近有白色或浅色翅膀羽毛，翅膀其余部分为黑色或深色羽毛的鸟类才具有这种特性。研究人员发现：同一个翅膀上的黑色和白色羽毛之间的温差差距可以高达 9 摄氏度，这足以在翅膀上方的空气中产生对流，从鸟的身体沿着翅膀向外移动。他们指出，这种增强气流的方式可以提高飞行效率。研究人员正计划继续研究这种对比色羽毛对鸟类的影响，希望能确定鸟类可以从它们羽毛颜色的差异中获取了多少升力，以及在阻力上否存在差异。

(a) 在 10 分钟无风加热过程中飞行羽毛的翼面温度。显示了暴露于 1000 W m-2辐照度下的不同颜色翅膀的加热曲线（仅左翅膀图形）。我们显示了每个翅膀3 次试验的平均值和标准偏差作为阴影区域。

(b) 成年北鲣鸟翅膀的热图像，较亮（黄色）的颜色代表较热的区域，较暗（紫色）的颜色表示较冷的区域，可以看出几个不同物种翅表面的温度（Rogalla et al. 2019）。

在小编看来这两个研究是使用现代化的技术来研究鸟类仿生学的优秀案例。推鸟之前我们介绍了不少鸟类的羽毛颜色、形状和功能的文章，但是把羽毛的颜色和它们飞翔能力联系起来的研究倒是第一次见。也许这样研究可以给一些航空器（如飞机、无人机）的设计提供启示。

参考文献略

文章来源：推鸟

编辑：Pierre

关键词：研究人员流体动力学的情况下