英學者解開飛鳥V型隊伍謎團

by:阿咖
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有沒有想過,為什麼飛過天際的群鳥總是用V字型隊伍?現在科學家們就要告訴你,鳥類以V字型結隊飛行的謎底解開了!

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路透社

皇家獸醫學院(Royal Veterinary College)的科學家們,將紀錄資料的裝置放在一群飛鳥身上,這些鳥群受過訓練,可以跟隨微弱的燈光移動。

他們發現,鳥類會用最佳化的狀態飛行,也就是讓自己和前面同伴的翅膀尖端靠得相當近,藉此得到上升力。

V型隊伍心跳減緩

發表在期刊《自然》上的研究也同時顯示出鳥類會根據彼此的節奏安排揮動翅膀的次數。

在之前針對鵜鶘的實驗中,就曾發現過鳥類會用V字型的隊伍來節省飛行力氣,當時的實驗就發現,當鳥飛成V字型時,心跳速度會減緩下來。

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氣壓差異產生向上力

當群鳥振翅飛過空中,他們會保持稍微偏斜的角度飛行,這樣的方式可以讓經過翅膀上方的氣流快過翅膀下方的氣流,換句話說,這種偏斜的角度可以讓氣壓在牠們的翅膀下方形成,相對地,翅膀上方的氣壓則減弱。也因為如此,氣壓的差異成了提高鳥群往上飛的力量。

此外,拍動翅膀的動作可以增加往前和往上的推進力,與鳥的體重和拉力相抗衡。鳥的翅膀往下揮的動作,也是一種「增加力量的動作」(power stroke),因為這個動作是鳥類飛行推進力的主要來源。為了要往前推進,鳥的翅膀在此時就會出現特別傾斜的角度。

現在你就可以想像,飛鳥一方面靠翅膀下方的上升氣流保持在空中,一方面則運用自己向下揮動翅膀的力道、以及自身的體重,讓牠們能往前進。每一次往上振翅,牠們也會稍微地讓翅膀向內收,藉此減低風阻。

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照片中是瀕臨滅絕的珍貴鳥類北方禿鹮。photo credit :Dale Harvey via flickr

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微型裝置紀錄行為

研究鳥類飛行之謎的專家們,牠們運用微型裝置記錄鳥群中每一隻鳥的飛行姿勢、速度、方向、還有每一次的振翅;能讓這樣的記錄成真,要感謝奧地利的Waldarappteam團隊所做的保育動物計畫,他們飼養並訓練了北方禿鹮(northern bald ibises,註),讓這特別的鳥類可以跟著燈光遷徙。

編註:根據《維基百科》,北方禿鹮是棲息在荒蕪、半沙漠或岩石環境的一種朱鷺。 牠們不像其他朱鷺在水上生活,多在岸邊或山崖附近繁殖。牠們主要吃蜥蜴、昆蟲及其他細小的動物。

找回遺失的遷徙路徑 

奧地利團隊的計畫是把北方禿鹮帶回到歐洲大陸,因為這種鳥類已經因為狩獵活動在歐洲絕跡,他們希望可以訓練鳥群跟隨燈火,讓牠們把遺失的遷徙路線找回來。

從牠們翅膀裝置記錄下的數據中,科學家們就發現這些瀕臨滅絕的鳥兒,牠們為了在空中取得前進的優勢,會不斷地調整飛行位置、以及振翅的速度。

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最佳飛行位置

帶領研究的波爾土戈(Dr Steven Portugal)教授表示,「牠們似乎相當注意其他夥伴的飛行狀態,藉此讓自己也能處在最佳的飛行位置」,也因為這樣的習慣,隊伍最前方的鳥所產生出的向上氣流,就可以讓其他隊伍中的鳥類得到最大的運用。

像是搭便車省力 

這種因為鳥類往前飛所產生的氣流稱為「上洗氣流」(upwash),牠們利用滑翔或是振翅將翅膀下方的氣流往下推所產生。

「要是在下洗氣流就不好了,」波爾土戈教授繼續解釋,「鳥類不會想在另一隻鳥的下洗氣流區,因為這會害得牠們被往下推。」

當翅膀附近的空氣受到動作擠壓,也同時會在牠們的翅膀尖端製造出往上的力量,「這樣對其他跟在後面的鳥來說,就變得像是搭便車一樣,所以後方的鳥通常就會希望自己的翅膀尖端是位在前一隻鳥所製造的上洗氣流區。」波爾土戈教授說。

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除了對氣流的掌握外,研究團隊也驚喜地發現鳥類會調整自己振翅的速度來配合前鳥所產生的氣流,每一隻鳥會讓自己的翅膀尖端保持在上洗氣流區。

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照片中是美國空軍的RQ-4全球鷹偵察機(RQ-4 Global Hawk)。

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模仿大自然的智慧

​現在,鳥類的行為不只發生在自然界中,許多公司正積極研發的無人駕駛飛行器(UAV)就是想模仿鳥類V型飛行隊伍的知識。

「說明鳥類飛行的機制,或許可以幫助公司找出怎麼樣的型態可以讓飛機更省油。」波爾土戈教授說。

真的了不起 

對科學界來說,可以深入了解自然界的現象是相當讓人興奮的事情:「V型的隊伍真的很美麗」在牛津大學研究生物機制的湯瑪士教授興奮地說「我們常常看到鳥類用V行隊伍的方式飛行,也真的很想知道背後的原因,這支研究團隊真的花了很長的時間來解密。」

波爾土戈教授說也加註說:「這些飛鳥們能做到的事情真的很驚人,他們不但知道飛行在前的夥伴發生什麼事情、知道怎麼讓好的氣流產生,也知道怎麼樣的飛行位置或姿勢才有最佳效果。如果從感官知覺來看待這件事情,你真的會覺得這很了不起。」