鸟类初级飞羽动力结构的形态学研究

论文摘要

鸟类的初级飞羽是鸟飞行的动力器官,对于鸟类飞羽结构的研究有助于揭示鸟类对飞行的适应性。我们先前的研究中发现,初级飞羽上由羽轴和羽小枝所形成槽状或管状结构是飞行的关键性动力结构,命名为“喷管”,使鸟类通过上下方向的扑翼获得向前的推力。为了研究这一结构在不同鸟类的变异性及其与鸟类飞行模式、姿态、生境的关系,我们对8目13科34种不同体重、不同飞行方式的鸟类的第一枚初级飞羽内翈的喷管进行了观察和结构参数的测量。结果显示,喷管截面大致呈四边形,根据封闭程度可分为槽状喷管、半封闭喷管和封闭状喷管3种类型。以体重作为衡量喷管动力性能的标准,则喷管的宽度(羽枝间距)与体重之间不存在显著的相关性(R2=0.014,p=0.498,a=0.05),表现为体重比较相近的鸟类之间喷管的宽度变化较大。喷管高度(羽枝高度)则与鸟的体重呈极显著正相关关系(R2=0.865,p=0.000,a=0.05)。此外,喷管横断面面积与鸟类体重的正相关关系也十分显著(R2=0.761,p=0.000,a=0.05)。这说明,鸟类体型越大,需要喷管提供的动力越大,喷管须通过增加内径来提高推力。喷管宽度、高度和横断面面积与体重的比值的比较显示,起飞时需要助跑的鸟类上述3个指标均明显小于非助跑起飞的鸟类。这些指标显示了喷管的实际效能,在效能不足时,鸟类可通过助跑等行为来弥补。在开阔环境中,鸟类可以有较大的体重,可通过助跑等弥补起飞动力的不足,而在相对封闭的生境中,鸟类没有足够的空间进行助跑时,通过改善喷管结构参数来提高其效能存在一个极限,因而还必须减小体重。喷管方向与羽轴的夹角与起飞能力无关(R2=0.003,p=0.758),但在飞行姿势调整中可能至关重要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 鸟类的飞行及其动力
• 1.2 羽毛的类型及结构
• 1.3 羽毛结构的研究
• 1.4 本研究的目的和意义
• 2 材料和方法
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料及其处理
• 2.1.2 形态学观察及测量
• 3 结果
• 3.1 喷管结构
• 3.1.1 槽状喷管
• 3.1.2 半封闭喷管
• 3.1.3 封闭喷管
• 3.1.4 喷管内表面形态
• 3.2 喷管结构参数
• 3.2.1 羽枝-羽轴夹角
• 3.2.2 羽枝间距
• 3.2.3 羽枝高度
• 3.2.4 喷管横截面面积
• 3.2.5 喷管结构参数与生境的关系
• 4 讨论
• 4.1 喷管系统的结构参数与飞行特点的关系
• 4.2 喷管系统的结构参数与鸟类生态位的分离
• 4.3 羽枝-羽轴夹角与飞行姿态
• 5 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢