鸟类为什么拥有羽毛？

虽然蝙蝠存活至今且种群兴盛，但在很多年前，翼手龙就被长羽毛的鸟类取代了。当然，翼手龙的灭绝可能与结构性因素无关，但也有可能是因为羽毛有些特殊之处，让鸟类比其他飞行生物更具生存优势。我在英国皇家航空研究院工作期间时常问我的上级，如果飞机有羽毛会不会更好，但我很少能得到理性甚至是耐心的回答。

但是，到底为什么鸟类会有羽毛呢？如果要承担设计飞行动物的任务，现代工程师或许会制造出像蝙蝠一样的东西，也可能是某种会飞的昆虫。但我认为他们可能不会去发明羽毛，虽然羽毛的存在也有很好的理由。可以想象，蝙蝠和翼手龙都倾向于通过它们的翅膀皮肤以热量的形式损失大量能量，但皮毛可以起到适当的隔热作用。

或许这就是鸟类进化早期发生的事情，因为羽毛像角和爪一样，都是从毛发发展而来。但是，毛发以软为宜，所以构成毛发的角蛋白具有相当低的弹性模量。在羽毛中，角蛋白分子通过分子链与硫原子的联系（这解释了羽毛烧焦散发的气味）变得更强劲。

毫无疑问，羽毛会带来空气动力方面的优势，因为它们的使用扩展了动物可用外形的选择范围。一方面，厚的翼截面通常比膜构成的薄翼截面具备更好的空气动力效率。靠羽毛填充增加翼的轮廓，很容易得到一个高效的厚截面，而代价只是重量的略微增加。另一方面，羽毛比皮肤和骨骼更适合提供“翼缝”“襟翼”等防失速装置。

然而，我倾向于认为羽毛给动物带来的主要优势可能是结构性的。任何开过模型飞机的人都知道，所有小型飞行器都比较容易受损，比如，乔木和灌木及粗心的操作都会带来意外的损伤，这是他们不得不付出的代价。许多鸟类不断在树木、篱笆等障碍物间飞进飞出，其实是把它们当成躲避天敌的庇护所。对大部分鸟类来说，损伤适量的羽毛并不是十分严重的问题。而且，被猫扯掉些许羽毛总比被吃掉好。

与其他动物相比，羽毛不仅能帮助鸟类避免更多的局部擦伤和磨损，还能使鸟的躯体受到厚的回弹性盔甲的保护，从而避免更严重的损伤。我们在博物馆里看到的日式羽毛甲胄，并非如人们想象的那样，仅是一个不懂审美的原始民族华而不实的追求。其实，它对刀剑等武器起到了有效的防护作用。同理，在苏芬战争期间，芬兰的装甲列车用捆扎起来的纸作为防护；现代战斗机飞行员的防裂靴则是由多层玻璃纸制成的。当鹰在空中捕杀鸟时，鹰通常不会用喙或爪伤害鸟，因为鹰可能无法刺穿鸟的羽毛。鹰通常是伸出脚击打鸟的后背，导致鸟猛烈地加速，以致脖子被折断，很像实施绞刑时发生的情况。

羽毛的整体构造和设计似乎极其巧妙。羽毛可能不需要特别强劲，但它们又确实需要有一定的刚度，还要有回弹性和很大的断裂功。羽毛的断裂功机制尚属未解之谜；在撰写本书时，我认为仍然没有人知道它是如何运作的。像很多断裂功机制一样，羽毛的断裂功对看似微小的变化很敏感。饲养和放飞过鹰的人都知道，这些聪明、精准和折磨人的鸟很容易掉毛。即便在被圈养时获得了适当的喂食和锻炼，鹰的羽毛仍然非常容易变脆，还会以过快的频率脱落。治愈或缓解该症状的方法是，以“拼接”的方式将羽毛的断裂部分再次连起来。具体办法是用双头“拼接针”蘸点儿胶水，插入羽轴断裂处的中空部位。对该过程的细节描述可参见16世纪那些关于养鹰术的书籍。(www.xing528.com)

考虑到如今汽车遭遇颠簸、碰撞和刮擦的频率惊人且代价昂贵，人们有时会想这是否源于他们没有从鸟类身上吸取经验教训。顺便说一下，我听说，由于美军几乎靠鸡肉为生，所以在美国的某处存有巨量无用的鸡毛。若它们有了用武之地，岂不美哉？

【注释】

[1]人们近来搞清楚了肌肉的生理机制，即将能量注入边缘的脱位，这些脱位在某种程度上以相反的方式运作。

[2]拉伸的琴弦的每秒振动次数（ 即频率） n可被写作：

其中，l是弦长，单位为m；ρ是弦的制作材料密度，单位为Kg/m3 ；s是弦的拉应力， 单位为N/m2 。

[3]但在同一时期，83艘蒸汽艇毁于失火，88艘撞上河中沉树，还有70艘是由于“别的原因”被毁。看起来，密西西比河上的人生在一片繁荣中，但并非风平浪静。

[4]1680年左右，马略特给出了部分解决方案，但是他显然还无法使用应力的概念。