 《三思科学》电子杂志
2003年夏季合刊
2003年7月22日
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[桔梗]科学、人道主义和媒体
新闻
[Kid]爱因斯坦和牛顿有自闭症状
[李淼]寻找超弦理论的证据
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战争推动HIV-2在西非流行
大干旱：玛雅文明的衰落
1918年大流感
又是火星探险时
脊髓灰质炎的末日
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[柯南]SARS的流行和超级传染事件
[方舟子]萨斯病:谣言与恐慌
[方舟子]“王晋康医学”：
一个伪科学与反科学的病毒在传播
[桔梗]败絮其内的“王晋康医学”
[石青]SARS病毒与动物:威胁和误解
[碧声]病原微生物与人类
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[韩雪涛]莱布尼兹、二进制与《周易》
[韩雪涛]弗洛伊德与神秘主义
[田方萌]集体决策为何失误
[卢昌海]追寻引力的量子理论
[沈建其]引力磁性物质与对偶世界
[李淼]弦论通俗演义(三十一)、
(三十二)、(三十三)、(三十四)
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[aha]是是非非小世界(上)
[黄力民]数学不是“数”学
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[bird]动物区系(1)古北界、(2)新北界
[绿音儿]中国羊类动物的研究与保护
[逍遥]终极巫术——疯牛病小传(六)
[石青]在中生代拍打着翅膀
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[L.Helmuth]让人恐惧和发抖的杏仁核
[W.Waller]找寻宇宙的热量
[D.Normile]传统中药的新面貌
[G.Ferry]《多萝西·霍奇金传》节选
[M.Shermer]我，克隆人
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[小山]从百赛诺看国内的乙肝药物研究
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在中生代拍打着翅膀
 石青
跟我们一起来吧，一起飞向高山！……
——《尼尔斯骑鹅旅行记》
最早的鸟类是怎样学会飞行的？科学家的一项新发现或许联系起了两种正好相反的假说。
飞行是困难的。这不仅仅指成为一名飞行员是困难的，飞上天空本身就不容易实现。在希腊神话中，代达罗斯和他的儿子伊卡洛斯用蜡和羽毛制成的翅膀飞上天空，逃出了囚禁他们的监狱（但是这个故事有个伤心的结局：伊卡洛斯飞得太靠近太阳了，固定羽毛的蜡受热融化，结果他坠入了大海）。名画家达芬奇从经仔细观察过鸟类的翅膀，并设计出了好几种扑翼飞行器，然而最终他也没有实现飞行的愿望。事实上，即使凭借今天的技术，人们也还不能制造出实用的扑翼飞行器——尽管这种飞行方式有着相当高的效率。
大约100年以前，莱特兄弟的飞机让飞行的神话成为了现实。今天，借助机械飞上天空已经是一件相当平常的事，人们不再羡慕鸟儿的翅膀，因为我们学会了如何飞行。然而，对于科学家，还有另外一件没有解决的问题：鸟类的祖先是怎样学会飞行的？
恐龙•在地上•在树上
在谈论鸟类飞行之前，先要解决一个问题，那就是：鸟类是如何在地球上出现的。
很多人都知道，很久很久以前，恐龙曾经在地球上横行，直到6500万年以前它们才退出进化的舞台。那么，恐龙真的在地球上消失了吗？答案是：它们确实消失了，但是今天我们仍然能看到某些恐龙的后代。这些恐龙的后代就是鸟类。
关于鸟类的起源曾经有几种理论。有学者认为，鸟类起源于某些槽齿类爬行动物；也有学者认为，鸟类起源于鳄类。19世纪60年代，有“达尔文的斗犬”之称的学者T.H.赫胥黎首先提出，鸟类可能是由恐龙进化而来，但是他的这一理论并没有得到当时科学界的认可。直到20世纪70年代，这一理论才重新被科学家提出。近几十年来发现的化石证据让大多数生物学家相信，鸟类应该起源于兽脚类恐龙的一个分支。兽脚类恐龙是食肉恐龙，使用两条腿行走，它的前肢较小。近几年以来，在中国辽宁发现的带有羽毛的恐龙也很好的印证了这一理论。
始祖鸟：迄今发现的最早的鸟类，它生活在距今大约1亿5千万年之前 | |
在基本上解决了鸟类是否起源与恐龙的争执之后，科学家对于鸟类的祖先如何飞起来也有两种不同的观点。一种理论认为，鸟类的祖先原先栖息在树上，借助于最原始的羽毛，它们便能从树上“飞”下来（这听上去好像李连塔尔的滑翔机的中生代版本），随着羽毛的逐渐丰满，最终进化出了自主飞行的能力。这种理论称为“树栖假说”。另外一种理论叫做“地栖假说”，顾名思义，这一理论认为，鸟类的祖先生活在地上，当它们奔跑的时候，伸展开的前肢（拥有一些羽毛）能帮助减轻身体的重量，从而有效的捕食或者逃避捕食者。它们越跑越快，最终进化出了飞行的能力。这两种理论都有证据支撑，但是也都有缺陷。比如，始祖鸟的兽脚类恐龙祖先身体小，更善于高速奔跑，这样就能达到起飞所需要的速度；始祖鸟的身体不善于在树上栖息。另外，在始祖鸟生活的环境中，似乎没有足够高的树供其“滑翔”。这就支持了“地栖假说”。然而，像中国鸟（S. santensis）化石的发现却表明，鸟类的祖先似乎更适应在树上的生活。
不能飞行的翅膀
在2003年1月17日出版的美国《科学》杂志上，蒙大拿大学的科学家Kenneth Dial发表了它对于一些不会飞行的鸟类“飞行”的研究成果：即使不会飞行，它们的翅膀也能帮助它们爬上陡峭的斜坡。
这一研究成果的灵感来自于Dial的13岁的儿子。他的儿子就帮助父亲训练一种不会飞的鸟——也就是家养的小鸡——飞过草垛。有一次他旅行回来，儿子告诉他，那些小鸡飞过了草垛，但是却有点作弊。准确地说，它们是跑过去的。
这一细节引起了Dial的兴趣。他发现小鸡“飞”过斜坡的时候翅膀的拍动似乎起了某种作用。他还发现，各种不会飞的鸟似乎都有这种“飞”过斜坡的本领。于是，他选用山鹑（一种鹌鹑，也称作欧石鸡）作为研究对象，用高速摄影机拍下了山鹑爬上斜坡的动作。
结果，Dial发现，山鹑最多可以走上45度的斜坡，如果拍动翅膀，那么斜坡无论多么陡都不成问题——事实上它甚至可以越过105度的斜坡。当Dial剪掉山鹑翅膀上的羽毛之后，它越过斜坡的能力就大大降低了。这说明羽毛在很大程度上帮助了山鹑。如果把斜坡的表面变得光滑，那么山鹑甚至不能越过50度的斜坡。这一现象说明，山鹑拍动翅膀并不是为了把它自身拉离斜坡，否则斜面的光滑程度应该无关紧要才对。
小鸡快跑：山鹑通过拍动翅膀把自己“压”在斜面上。这是否意味着上亿年前鸟类也是通过这一方法学会了飞行？ 图/ R. PETTY | |
通过给山鹑戴上加速度计并进行高速摄影，Dial终于发现了山鹑越过斜坡的秘密：山鹑拍动的翅膀产生的力把它自身压向了斜面，这样就能轻松的抓住斜面。这有点类似于赛车尾部的扰流装置。扰流装置能够消除赛车高速运动的时候产生的升力，让赛车能够贴紧地面。即使是刚出生不久，羽毛还未丰满的雏鸟，借助于翅膀的拍动，也能爬上较陡峭的斜坡。
拍动翅膀的作用 | |
这个原理听上去似乎有点反直觉，翅膀在这里的作用是把身体紧紧的“钉”在地上，而不是把身体带上天空。这一发现也引起了很多生物学家的关注，加利福尼亚大学的进化论生物学家Kevin Padian认为，Dial所观察到的现象是此前没有被人们注意到的。以前没有发现这种现象或许是因为它的持续时间很短，没有引起人们的重视。
Dial的这一发现给“树栖假说”和“地栖假说”这两个相反的理论都带来了一些新的证据。支持“树栖假说”的科学家认为，山鹑的这种越过斜坡的能力可以用来解释鸟类的祖先是如何首先爬上树梢的；而支持“地栖假说”的科学家则认为，拍动翅膀可以让鸟类的祖先越跑越快，最终飞上天空。
Dial则认为自己提出了一个新的假说：也许鸟类的祖先也有类似于山鹑拍动翅膀越过斜坡的能力。这种能力在进化上具有优势，可以帮助鸟类逃避捕食者，最终在这个基础上发展出了飞行的本领。
Dial发现了鸟类的一种很有趣的行为，已经有化石证据表明，鸟类的祖先可能也具有这种拍动翅膀的能力。现在，他和他的同事正在致力于排除鸟类近来才发展出这一能力的可能性。然而无论如何，我们至少知道，不会飞的鸟的翅膀可能很有用处，它不仅仅是快餐店里供人们享用的美食。
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