为什么蜂鸟飞得这么快?(蜂鸟为什么可以倒着飞)

蜂鸟可以向后飞

蜂鸟以飞行时翅膀振动的嗡嗡声命名，就像蜜蜂一样。体型小，鳞状羽毛，颜色鲜艳，闪耀彩虹或金属光泽，雄鸟更鲜艳

飞行时，翅膀迅速拍打，快速、有力、持久；频率可达每秒50次以上。善于在花丛中长期徘徊。“停飞”，有时还能倒飞

大约90%的蜂鸟食物来自花蜜，其余的是节肢动物，包括苍蝇、黄蜂、蜘蛛、甲虫和蚂蚁。它们薄而长的喙非常适合吸收花蜜

蜂鸟太小，骨架不容易保存成化石。它的进化史仍然是个谜

然而，德国南部的科学家发现了世界上最古老的蜂鸟化石，有3000多万年的历史。可以看出，蜂鸟的祖先已经出现在新世纪

遗传分析表明，今天蜂鸟的多样性继续上升和增长，新物种的产生率超过灭绝速度

为什么蜂鸟飞得这么快？

No. 70

翻译｜CrazyBirdy，Hannah

鸟类世界里的蜂鸟“战斗机飞行员”，能够以55km/h速度下降，穿梭，然后回到半空盘旋，当它们吸花蜜时，它们用力拍打翅膀。目前，通过研究人员的巨大努力，我们更接近了解蜂鸟飞行如此敏捷的原因。2018年2月9日在《科学》杂志上发表的一篇新文章不仅全面分析了它们复杂的飞行技能，还为一些人工智能机器人和无人机提供了设计灵感（如下图所示）。

原文献链接：doi:10.1126/science.aat2656

研究蜂鸟的形状、肌肉能力、技能和操作能力。

加州大学戴维斯分校（University of California）彼得，进化生物学家·温赖特（Peter Wainwright）据说生物学家已经确定了蜂鸟能飞多快，能飞多久，但它们的飞行机动性——也就是说，所有这些都能让他们快速迂回觅食技巧，这是一个著名的研究问题，而不是新研究的一部分。这是因为蜂鸟高超的飞行技巧涉及到一系列复杂的动作，这些动作自然协调联动。这是因为蜂鸟高超的飞行技巧涉及到一系列复杂的动作，这些动作自然协调联动。”

但这并没有阻止保罗·塞格雷（Paolo Segre），当时他是加拿大温哥华英哥伦比亚大学（University of British Columbia in Vancouver）一名研究生。他决定在野外拍摄蜂鸟，因为它们比圈养的鸟更不受飞行限制。为了准备这项研究，他花了一年时间完善研究计划，并将其缩小到使用四个摄像头和计算机协调系统进行高速拍摄。

世界上有337种蜂鸟，大大小小，尾羽华丽。

两个月后，塞格雷和他的团队爬上了秘鲁的山，在丛林中找到了一个完美的研究地点（见之前推文中的纪录片）。他们在这里建了一个营地，一个巨大的笼子，配备了太阳能相机系统，然后开始一个接一个地测试不同的蜂鸟个体（如下图所示）。研究人员拍摄每只鸟大约30分钟，它们在不同的栖息地来回穿梭，在笼子里的各种花前觅食。然后他们把鸟放走，让下一只鸟重复这个测试。塞格雷和他的团队在厄瓜多尔的安第斯山脉、哥斯达黎加的高海拔和低海拔营地等其他三个地方设立了监测站。

获取这些数据并不容易。在秘鲁，这个团队的测试场地连续两天挤满了成群的蚂蚁。在哥斯达黎加，塞格雷和他的同事们不得不在雷雨夜穿过鳄鱼出没的水域。“我们大多数人都被闪电吓坏了，”塞格雷回忆说，他现在是加州帕洛阿尔托斯坦福大学（Stanford University in Palo Alto, California）生态生理学家。科学家们最终获得了25个物种共207只蜂鸟的视频(如上图所示)。

塞格雷博士设在野外研究蜂鸟飞行的简易实验室，以及四台摄影机拍摄的数据使得研究人员可以在三维空间重建每只鸟的飞行模式。

一旦他们获得了这些数据，他们将被带到华盛顿特区史密森学会候鸟研究中心进行分析。塞格雷博士实验室的同事罗斯琳·达金（Roslyn Dakin）医生和其他人开发了一套非常复杂的软件来分析这些数据。该数据还配备了四台摄像头，允许研究人员在三维空间重建每只鸟的飞行模式（如上图所示），测量加速、减速、转向、滚动、飙升或快速下降的次数。每一个简单的动作都会重复并组合成可预测的动作模式。“由一系列更简单的动作组成，”塞格雷博士解释说。

研究人员预测，体型越大，蜂鸟的机动性越差，不应该比小蜂鸟灵活。

当研究人员比较不同蜂鸟物种之间的飞行模式时，他们发现每只蜂鸟都倾向于使用它最好的动作模式(尤其是在转弯时)。但他们惊讶地发现，更重的蜂鸟在加速和紧急转弯方面更好。根据对鸟类和蝙蝠的研究，团队预计结果完全相反——即小型蜂鸟的动作更加灵活（如上图）。 “但更大的蜂鸟物种实际上更灵活”，达金博士解释说，“这是因为：相比小型的蜂鸟，那些体型大的蜂鸟具有更结实的肌肉和更长的翅膀”。这些都是她和同事在最新一期科学杂志上研究的主要结论(如下图所示)。

但事实上，更大的蜂鸟更灵活，因为它们有更强壮的肌肉和更长的翅膀。

在这篇文章中，还有其他一些重要的发现。例如，不同的物种有不同的运动行为模式，这通常归因于蜂鸟的身体结构和生理特征，如翅膀的大小、翅膀的表面积和重量，以及肌肉的质量。最后，当团队根据他们的飞行模式对鸟类进行分组时，他们发现飞行模式的分组与蜂鸟系统进化树上不同进化支的密切相关性，换句话说，更亲密的物种有相似的飞行模式（如下图所示）。

蜂鸟的亲缘关系与其体重、形态特征以及运动过程中的机动性有关。

达金博士说，分析蜂鸟的运动模式可以帮助机器人专家调整机器系统，减少运动的笨拙和脆弱性。安德鲁，哈佛大学生物机械学家·别文纳（Andrew Biewener）这项研究的最大灵感是理解蜂鸟能产生快速的机翼运动，这有助于提高其灵活性。因此，加州大学伯克利分校的生物学家罗伯特·达德利（Robert Dudley）有趣的是，工程师而不是生物学家现在研究动物飞行。