动物运动方式的多样性

第一节 动物的运动方式的多样性资料16-1-1 动物三种运动方式的比较资料16-1-2 各种动物的运动方式资料16-1-3 鸟儿为什么会飞资料16-1-4 鸟类的飞行资料16-1-5“天空王子”的飞行器鸟翅资料16-1-6 鸟的迁徙资料16-1-7 动物的迁徙资料 16-1-1 动物三种运动方式的比较奔跑、飞行和游泳是动物最常采用的三种运动方式。大小不同的动物，其最 小移动能耗速度及其能耗率是不一样的，通过测定各种不同大小的动物在最小移 动能耗速度下的能耗率，我们就可以对三种运动方式的能量消耗情况进行比较。 动物的游泳、飞行和奔跑三种运动方式在移动相同距离时的能量消耗是不一样 的。游泳是消耗能量最少的一种运动方式，因为动物在水中浮沉几乎不需要消耗 能量，主要是依靠浮力调节。其次是飞行，飞行是借助于高速度下的高能耗率来 获得其运动效果的。相比之下，在陆地上移动是最消耗能量的一种运动方式。在 这里应当注意的是：对于每一种运动方式来说，虽然每克体重的最小移动能耗都 随着动物体重的增加而减少，但就每只动物的最小移动能耗总值来说，却随着动 物体重的增加而增加。这其中的道理是很明显的，想必读者都十分清楚。资料 16-1-2 各种动物的运动方式兽类最大的特点是行走和奔跑：一般四肢动物的行动规律有这样的方式，以马为例，开始起步时如果是右前 足先向前开步，对角线的左足就会跟着向前走，接着是左前足向前走再 就是右 足跟着向前走，这样就完成一个循环。 接着又是另一次右前足向前，左后足跟 着向前，左前足向前，右后足跟着，继续循环下去，就形成一个行走的运动。马 除了走步外，还有小跑、快跑、奔跑等方式，各种跑的方式都有一定的运动规律 的。青蛙：青蛙和鱼不一样，它是既能生活在水里，又能生活在陆地上的动物。当它在 水中游水时，用长而有蹼的强大后肢划水游泳；当它在陆地上时，用肌肉发达的 强大后肢跳跃。跳跃是青蛙最主要的活动方式，身体结构也朝向适应跳跃的方向发展。青蛙 的后肢比前肢长很多，修长的后肢是名副其实的弹簧腿产生往前冲的力量，比较 短的前肢则能减轻落地后的冲击力。跳跃的原理如同压扁的弹簧放松之后往外弹 跳出去，而后肢的大腿、小腿及足部平常坐叠在一起就具有压扁的弹簧功能。为 了跳更远，腰部的肠骨特别延长和相接并形成可动关节，这样子青蛙跳出去以后， 身体拉长更有冲力。长而有蹼的后肢也有助于游泳，让他们能够悠游于水陆两种 环境。蟾蜍身体笨重，不善于跳跃，运动方式以行走为主。由于蛙类的四肢和身体 相接的方式属于比较原始的状态，膝或手关节落在身体外侧，无法将躯干抬高离 开地面，因此以腹部贴地爬行的方式走路，走起来慢而且不灵活，相当不方便， 尤其在逃命的时候，很难用走路的方式逃脱。不过蟾蜍有毒，碰到天敌的时候， 自侍有防御武器不必急着逃走。无毒的青蛙则不染，面对蛇、猛禽、水鸟、肉食 性鱼类、人类等天敌，只有赶快跳进水里或草丛中躲起来。资料 16-1-3 鸟儿为什么会飞鸟类因善于飞翔。前肢特化成专门用于飞行的器官翅膀，后肢用于行走 和支持体重。鸟类的身体呈纺锤形，可以在飞行时减少阻力和保持重心稳定。鸟 的嘴由角质喙构成，用于觅食，理羽、衔物，配合灵活的颈椎，鸟类的嘴可以部 分代替“手”的作用。下面是鸟类形态图，可以帮助你认识了解鸟类各个部位。汀S砌启羽二级飞羽 次饭飞羽小翼羽初级矍羽初级飞羽It三圾飞世肯j _大膻羽中魂斟 小 K-H-漁览羽徘斛则射资料 16-1-4 鸟类的飞行鸟类的飞行方式多样。最常见的是拍翅飞行和翱翔。红隼飞行时拍翅多而翱 翔少，在空中常会定点拍翼悬停。河乌、翠鸟紧贴水面作直线飞行。鶺鴒、啄木 鸟飞行路线起伏呈波浪状。鶲类、卷尾喜从停息地点跃起捕食，随后飞返原地， 飞行路径呈不规则的曲线。小云雀能够垂直升起和降落，鸢起飞降落都会盘旋飞 行，鹪鹩和鹛类通常仅做短距离的飞行。沙锥受惊飞起时拍翅很急，且边飞边鸣。 野鸭飞行时急速拍翅常发出哨音。鹭科鸟类拍翅缓慢，飞行时颈部呈“S”形，雁 鸭、鹳及鹤飞行时颈部笔直前伸，鵰、鹫翼形宽阔，能长时间不扇动翅膀在空中 翱翔。毛脚鵟飞行时常有迎风收缩翼角的动作。有些鸟类飞行时会有特别的队形， 如雁鸭类和鹤类飞行时常编成 “一”字形或“人”字形队伍，鸻和鹬结群飞行时爬 高、俯冲、转弯动作整齐一致。一些鸟在繁殖季节还有奇特的婚飞“表演”。资料 16-1-5 “天空王子”的飞行器鸟翅鸟类有它们独特的飞行器官翅膀，人们十分羡慕这些“天空王子”，它们可以 在大自然的空中展翅飞翔，致使我们人类创造发明了飞机。鸟类最早从平行类动物进化而来。在爬行动物中，最早出现的能飞翔的翼 手龙，它没有真正的翅膀，翼手龙是在前肢和后肢之间，形成皮膜，能在空中进 行时间较短的滑翔。以后出现了始祖鸟，这才是现在鸟类的祖先。始祖鸟的翅上 还遗留着前肢动物的爪。现在鸟类的飞行器官翅膀，构造极为完善，保留了动物前肢灵活的肩关节、 肘关节，骨骼中空但又坚固，有利于减轻体重、便于飞行。翅膀上生长有强壮的 翅羽，鼓动空气，有力、轻巧又不沾水，是与飞行十分适应的器官，它是由前肢 长期演化而成的。北极燕鸥可以从北极飞到南极，它们吃饭、睡觉都在空中进行。 最小的蜂鸟，它在空中采集花蜜，能定点飞行，它的翅膀每秒钟，要鼓动 80 次， 因此可见鸟类翅膀的威力无比。资料 16-1-6 鸟的迁徙迁徙是指动物在一定距离移动的行为，我们也特把群鸟有规律、有季节、有 方向的飞翔活动称迁飞。动物迁徙既是由栖息地生存状态变化引起，又与动物本 身的生理刺激、发育周期（生殖腺变化）相关联。无论鸟的迁飞、兽的迁移、蝶 的群移、鱼的洄游都属于动物的迁徙行为。从鸟的迁徙看，根据是否迁徙或如何迁徙，可以因地而异分为：留鸟（如麻 雀）和候鸟；其中候鸟包括三类夏候鸟（如家燕）、冬候鸟（如小枭）、旅 鸟（如鹬）。鸟类迁徙具有强烈的定向性，动物学家认为定向机制包括：太阳定 向、星辰定向、陆标定向（视觉）、地磁定向、嗅味定向、声音定向（非视觉） 及其他。鸟的迁飞距离差异悬殊，少则几十、几百公里，多则上千甚至上万公里。北 极燕鸥是所知迁飞距离最长的鸟类之一，繁殖期在北极营巢，冬天则飞到南非越 冬，行程达18 0 0 0公里。天鹅是目前所知世界上飞得最高的鸟类之一，登山 运动员曾在珠峰看见并记录到天鹅，其高度起码达到9 0 0 0米，难怪古人有 “燕雀安知鸿鹄之志哉”的感慨，鸿鹄即指雁和天鹅。中国古人很早就记录了一些鸟类的迁飞规律并将其作为重要的物候之一，如 管子一书中有“今夫鸿鹄春北而秋南”之说。淮南子中有“燕、雁代飞” 之说，认为燕、雁的季节迁移是先后相继的，大雁是910月南飞，小燕是1 011月飞向南方；来年春天大雁是12月北飞，小燕则是34月才从南 方飞向北方，“似曾相识燕归来”。鸟类迁徙的时间一般一两个月到两三个月，每天飞行100200公里不 等，飞行时间68个小时。有的鸟习惯白天飞行，有的则习惯夜间飞行，也有 昼夜兼程的。大型鸟类，如猛禽、鹰及鹳、鹤、乌鸦因天敌少而白天迁飞；鸭类 及一些小型鸟类则惯于夜飞，以防被袭击，故有“月黑雁飞高，单于夜遁逃”、 “雁字回时，月满西楼”等句。著名的历史故事“苏武牧羊”及雁足传书，更是脍炙人口。众所周知，大雁 迁飞是列阵而行，相呼而飞，或排成“人”字，或排成“一”字，长幼之序极其 符合儒家礼法，因此，古人对“雁序”大加赞许，对“雁字”更是寄寓了无限的 乡愁“离人久望平安字，何事江东不寄书”。可实际上，很多鸟在迁徙中根本不排队，椋鸟迁飞时呈团状，鹬类迁飞呈长 链状，更多的鸟则是“无组织、无纪律”，松散而行，甚至单飞独行，如乌鸦、 猛禽等。不管怎样飞行，鸟儿们总是这样南来北往、忙忙碌碌、拉家带口，年复 一年地“越过高山，越过平原，跨过奔腾的黄河、长江”或追随着季雨，或 驾御上升气流，扶摇而起、万里层云、千山暮雪，但其迁徙路线基本是沿着取食 容易的环境飞行，如海岸线，尽量避免进入大洋、大漠。因此，沿海、山口多为 鸟类迁徙的必经之路或迁徙驿站，这种规律，被观鸟者掌握，“人鸟互看，相安 无事”；若被“谋财害命、禽兽不如”的捕鸟者掌握，则大难临头，必成鸟之浩 劫。资料 16-1-7 动物的迁徙年复一年，无数迁徙动物或许是为了追求温暖和食物而离开了它们的故土， 迁往那遥远的异乡。好像有一种神奇的力量，促使它们跨越高山、沙漠、河流和 海洋。动物迁徙的场面往往宏大壮观：绵延数公里的角马群，像一股势不可挡的 黑色洪流，涌动在茫茫非洲大草原；大雁排成整齐的队形，缓慢而有节奏地划动 着双翼，悠然自得地朝远方飞去；铺天盖地的帝王金斑蝶在高空飘荡，好像一片 片金色的云彩朝一个方向飘去；勇敢的大马哈鱼溯流而上，跃过一道道险滩，奔 向它们的出生地点；银色的天空，吭鸣的鹤群，令人神往。在千里长途中，这些 动物探险家们尽管会遇到冰雹、暴风雨等恶劣天气，但它们总是齐心协力，以坚 韧不拔的毅力一往无前。研究动物的迁徙是一项有趣的工作，近二十年来，人们对此的兴趣越来越浓， 从简单的做标记，肉眼直接观察，到用雷达与声纳来跟踪，科学家们想尽了各种 办法来研究动物的迁徙。1899 年，动物学家莫坦森用编了号的脚环环志了 164 只鸟，在丹麦释放，后来其中的一些鸟儿在英国被发现。这一实验成为了世界上 第一次成功的迁徙研究。到现在，仅仅英国每年就会环志50 万只鸟，并回收12 000 只左右，我国也成立了全国鸟类环志中心。除了鸟类，人们还对鱼类、鲸、 海豹、海龟、蛙和蝴蝶等也都进行了迁徒研究。一些意想不到的、令人兴奋的结 果不断地被发现。人们终于知道了在欧洲越冬的燕子会回到非洲；在英国越冬的 野鸭要飞回西伯利亚去繁殖；年轻的灰海豹从北罗纳岛出发可以游到冰岛和爱尔 兰海岸；帝王金斑蝶可以飞行数千公里，从美国北部到达墨西哥。（1）迁徙中的惊人之举北极燕鸥每年秋天从北极的营巢区，沿着欧洲和非洲大陆的西岸飞向南极地 区越冬，第二年春天飞回，往返距离达 4 万公里，相当于沿赤道绕地球整整一圈！ 1967年 12 月 9 日，北爱尔兰一位雷达操纵人员报告，他发现了一个雷达回波图 像正在高空中向南移动。高度是8 0008 500 m。地面人员通过无线电，要求在 该地航行的一位飞机驾驶员飞向图像发现地点。结果，驾驶员报告说他看到了一 群天鹅，大约有30只，飞行高度是8 200 m。雷达操纵者一直监视着这个回波图 像，直到它在北爱尔兰海岸消失为止。8 000 m已经是对流层的顶部或副平流层， 这里的温度可以降到-48 C,强风速可达50 m/s! 1974年6月19日，一架从日 内瓦飞向哥本哈根的飞机上的乘客和机长都看到两小群鸟，一群五只,一群三只， 两群鸟彼此靠得很近。当时飞机的方位是在法兰克福以北，高度是海拔10 000 m。 这恐怕是迄今为止动物迁飞的最高纪录了。每年冬季，墨西哥的几处山谷里聚集着数以亿计的帝王金斑蝶，这些橙红色 的蝴蝶层层叠叠地栖息在山谷中的树上，有时一株树上竟停憩着50万只蝴蝶，压弯了树枝。整个山林被染成一片橙褐色，宛若一张硕大而美丽的巨毯。美国佛 罗里达大学研究蝴蝶的权威林肯布韦博士曾作过统计：仅在几棵大树上，就有 蝴蝶300 多万只。天气晴好时，山谷里漫天飞舞的蝶群就像一片橙色的云霞。联 合国与墨西哥政府共同将这几处山谷划为了自然保护和旅游观光区，每年吸引着 大批游客，目前已成为世界著名的旅游景点。那么，这些蝴蝶从哪儿来？它们为 什么到这里？答案也许会令你惊讶。这些蝴蝶的老家，竟在数千公里以外的美国 和加拿大，它们经过两三个月的长途跋涉来到这里越冬。每年夏天，这些蝴蝶刚 一羽化，就急忙踏上了漫长的征途，以每小时 30 到 40公里的速度向南飞行，在 这过程中，它们主要靠自身贮藏的脂肪来维持消耗，其中不少因恶劣的天气等原 因死在了旅途中。也有的迷了路，飘洋过海，甚至到达了中国沿海的台湾、福建 等地。但剩下的仍顽强向目的地前进，准确地到达了它们前辈曾经到过的那几处 山谷。弱小的生命就这样创造出了奇迹。（2）深藏的奥秘那么，是什么导致了这些动物如此执著地迁徙呢？现代生物学家认为；动物 迁徒的根本原因是自然选择，迁徙的种类比不迁徒的种类能够留下更多的后代。 那么，又是什么原因使迁徙动物取得繁殖上的成功呢？首先，迁徙可以使动物利 用多种栖息地内并不是在任何时期都存在的资源。南北两极的夏天日照很长，无 脊椎动物中无论是陆地上的昆虫还是海洋中的鳞虾，数量在短期内都十分丰富， 这对于很多以它们为食的鸟儿和鲸类的繁殖极为有利，但是到了冬天，赖以生存 的食物减少；这些动物就不能在极地生存了，因此，它们必须迁徙。蓝鲸、露脊 鲸和座头鲸，每年 12 月至下一年 3 月在南极水域中度过夏季，然后就北上迁往 热带和亚热带水域过冬。另一个例子是燕子；据统计有 31 种燕子在非洲大陆是 留鸟，有两种燕子每年从地中海地区迁徙到非洲，有三种从欧洲西部迁来。由于 在北温带一到冬天空中的飞虫就消失了，所以，可以有把握地推测，这三种迁飞 燕的祖先以前曾在非洲大陆进行繁殖。经过漫长的进化，它们才迁到了北方去繁 殖，在那里它们所遇到的食物竞争者较少，白天可以增加捕虫时间；而且偷袭鸟 蛋和雏鸟的捕食动物也较少。这些因素使得迁徒的燕子在繁殖上能够取得成功。 据估计，每年迁徙到非洲的燕子数量可能比非洲本地燕科鸟类中所有留乌的数量 还要多。迁徒使动物更有可能利用那些变化无常和暂时性的食物资源，在自然选 择中胜出。此外，还有一些特殊的例子：生活在中美洲的鬣蜥在繁殖前要涉水游 向一个小岛；因为在那里进行繁殖比较安全。澳大利亚晰蜴的迁徙则更加有趣， 它们生活在沙漠中花岗岩裸露的地区，较大的花岗岩裸露区是它们最适宜的繁殖 地。春天一到，刚成年的蜥蜴便迁入这些区域各占领域进行繁殖，年幼的蜥蜴则 被排挤到较小的花岗岩裸露地去生活。要等到它们发育成熟才重返最适宜的繁殖 地。因此，在最适宜的繁殖地便不断进行着有规律的迁入和迁出。科学家们研究发现，引起迁徒的外部因素中，日照的周期变化是一个最重要 的因子，即使是在冬天；用增加日照长度的方法也可以诱发非热带地区很多种动 物的迁徙行为。现在已有证据证明,很多动物体内激素的变化支配着它们的迁徙 行为，比如各种鸟类。另外，环境的变化有时会引起一些动物尤其是很多昆虫的 迁徙。种群拥挤无疑是一个诱发迁徒的重要因子，比如，飞蝗当种群拥挤时便产 生群居型个体，这些个体比散居型个体具有更大的活动性，幼蝗的后腿变得比散 居型个体长出近三分之一,以便结成大群进行跳跃迁移，成虫则长出了宽大而强 壮的翅膀，可以遮天蔽日地随风远征。动物一旦处在适于迁徙的条件下，只要再 具备一些诱发迁徙的环境因子，动物就会开始迁徙。乌类和蝗虫等待良好的天气 条件启程，鱼类等待合适的潮汐；而蚜虫的迁飞则必须等温度达到一定值。（3）未解之谜也许许多人会问，在漫长而复杂的迁徒路途中动物是如何识别方向的呢？生 物学家们将动物根据环境来选择特定方向的能力称为定向。一只能够定向的动物 就好像是一个带着罗盘的旅行者。1978 年，动物学家贝克曾提出过一种可能的 解释，他认为动物能够积累地理知识，特别是幼年期刚过的年龄阶段，知识积累 能力最强，这些知识深深地印在动物的脑海之中。在白天迁徒的低飞鸟类当中， 地面的特征是它们辨别路线的关键，它们往往沿着曲折的海岸线迂回行进，迁徙 路线受着地形的强烈影响，因此，它们在飞越广阔的水域以前决不轻易起飞。现 在人们普遍认为，动物们能够依据地球表面景观、太阳、月亮和星星、地球磁场、 气味源和气流方向来进行定向，而且可以在不同的环境利用不同的方法，或同时 使用几种方法。大多数情况下，哺乳动物依据地形，鸟类依据观察太阳、月亮和 星星的位置及感受地球磁场变化，鱼类依据气味源，昆虫主要参考气流方向。但是，关于迁徙还有许多未解的秘密。例如,爬行动物中最著名的迁徙动物 一种海龟，它们往往要远游数千公里，到达特定的海滩产卵。根据海龟的迁 徙资料，海龟迁徙1 0001 500 km是很普通的。棱皮龟甚至要横渡大西洋，全 程约5 900 km。实际上在它们的路途上要经过很多极为适宜产卵的海滩，但它 们却从不去占有。寻觅最佳繁殖地的原则并不能解释海龟为什么要迁徙那么遥 远。因此有人认为，海龟迁徙路线是在进化过程中形成的，在当时可能具有重要 的存在价值，现在虽然不是这样了，但它们却一直沿袭着过去的迁徙路线。还有 人用大陆漂移学说来解释海龟的迁徙路线，认为随着大陆的漂移，海龟往返两地 的距离也越来越远，最后终于形成了现在这样漫长的迁徒路线。但这个猜想，至 今还没有明显的证据。还有动物的释放返家试验清楚地表明，很多动物具有人类 航行的技能，能够随时知道它正处在什么位置，就像可以利用人类航行技术中的 双坐标（横坐标和纵坐标）一样。根据雷达对鸟类在云层中迁飞所作的观测，鸟 类在云层中也能保持很好的定向能力。鸟类依靠什么机制才能知道自己在云层中 所处的方位，尽管生物学家曾经做过很多试验，但目前还是一个谜。