研究发现：鸟类从未进化出“完美”翅膀

对大多数鸟类来说，在飞行这件事上，“够用就行”似乎就足够了。

鸟类生理构造非常适合飞行：体型小、骨骼中空，翅膀和尾部的羽毛大体对称。鸟类的进化是为飞行而优化的，这似乎是理所当然的事，但一项新研究表明，情况并非那么一目了然。

《自然·通讯》上近期一项研究的结论听起来相当反直觉：大多数鸟类的翅膀似乎并非为达到最高飞行效率而设计，也没有针对其飞行方式进行完美的精细调节。更有甚者，研究中拥有最优化翅膀形状的鸟类是蜂鸟和企鹅——后者用翅膀是为了高效游泳，而非空中飞行。研究人员用一种方法分析了1139张鸟类翅膀图像，该方法能在不对“最优”翅膀形状构成预设的情况下，检验不同翅膀形状的相对性能。

“对许多鸟类来说，飞行的功能性制约——产生升力、克服阻力、急转弯的需要——并没有强烈影响翅膀的形状，”英国布里斯托大学的博士研究员本顿·沃尔特斯告诉我们。“对某些类群来说，这些压力导致了最优翅膀形状的进化，但这是例外，并非普遍规律。”

翅膀加一点祈祷

关于为什么有些动物进化出了飞行能力，竟然存在一场异常活跃而激烈的争论。这一讨论可追溯到19世纪80年代，但这些假说无法检验，因此，根据已故鸟类学家约翰·哈钦森在加利福尼亚大学古生物学博物馆一篇博文中的说法，这是一场“毫无意义的争论”。所以，哈钦森补充说，研究人员更喜欢关注哪些特征让飞行成为可能。论文解释说，对现代鸟类来说，翅膀是“支撑飞行的结构”，而鸟类“采取了多样化的飞行方式，翅膀形状也呈现出高度变异性”。

但研究人员越是深入探究这种多样性，对于通向现代鸟类翅膀的进化路径就越不确定。

翅膀生来……是为了飞行？

沃尔特斯和同事试图检验一项传统的、也可以说符合直觉的假设，即鸟类翅膀在进化中为飞行做了最佳优化。原因很简单：自然选择决定了，越适应环境和生活方式，动物生存的机会就越大。如果飞行能帮助鸟类躲避天敌或严寒天气，还能找到更好的食物，那么翅膀难道不应该自然而然趋向于成为自身的最优版本吗？

“这就是所谓的适应主义思维，”沃尔特斯对我们说。“既然飞行是一种要求苛刻的移动方式，并且在大约一亿多年的时间里已经极大地改变了鸟类的身体结构，那么鸟类理应进化出形状最优的翅膀。”

定义“最优”

然而，沃尔特斯说，通常“很难——如果不是不可能的话——判定某只动物是否最优，因为单靠观察现存动物，无从知道观察到的最好形状是否就是全面最优的”。为了绕过这个难题，团队选择了理论形态空间分析。这种方法会针对特定的飞行方式识别出最优的进化形状，而不是先入为主地认定鸟类当前的翅膀形状就是最优的。

沃尔特斯说，该研究分析了1139张鸟类翅膀图像，并考虑了像动力翱翔这样的“特化”飞行方式，以及长途迁徙物种的飞行方式。他补充说，正如预期，像鸵鸟这样的不会飞的鸟类，其翅膀“相当不理想”。

但分析也确实发现了一些鸟种，其实证翅膀形状与预测的最优形状非常接近，也就是蜂鸟和企鹅家族的成员。具有高能耗飞行方式（例如空中捕食飞虫）的鸟类，其翅膀优化程度往往也更高。沃尔特斯解释说，正如预期，像鸵鸟这样不会飞的鸟类，翅膀“相当不理想”。

演化是复杂的

然而总体来看，对大多数鸟类来说，“在飞行这件事上，‘够用就行’似乎就足够了，”沃尔特斯在一份大学声明中说。这话甚至适用于信天翁——一种特化的长距离飞行高手，因其卓越的飞行技艺而持有吉尼斯世界纪录。

“阻止它们变得更优的原因，很可能在于它们必须着陆，这件事对信天翁来说已经很困难，但又是繁衍所必需的，”他沉思道。“理论上，一只拥有更薄、更长、更优翅膀的信天翁或许无法安全起飞和降落，因此即使翅膀形状更适合飞行，它也无法存活下来。”

“这项研究采用了一种有趣的方法，丰富了我们关于鸟类飞行的知识，”香港中文大学古生物学家迈克尔·皮特曼在电子邮件中说。“关于鸟类飞行，还有很多东西需要了解，而且利用这些知识为社会提供仿生工程解决方案的巨大潜力尚待开发，”没有参与这项新研究的皮特曼补充道。

总的来说，这些发现表明，一个“合乎逻辑”的假说未必就是大自然的意图。沃尔特斯说，许多人类的设计，如飞机机翼和螺旋桨，都是模仿鸟类，但我们或许应该“有选择性地从动物身上汲取灵感”。

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