鸟类为何有如此细长的腿?

你家后院的鸣禽用如此纤细的小腿蹦来蹦去。本文将解释鸟腿如此细长的原因,以及它们如何支撑鸟的体重

Small grey bird with light blue tail and orange-ringed eyes

绚丽细尾鹩莺(Malurus splendens)。

鸟在飞翔时是诗意的;鸟在地面上则是一个谜。观察麻雀或其他鸣禽在森林地面上蹦跳和抓挠,很容易让人想知道:它们是如何用如此细小的腿支撑自身重量的?

德克萨斯大学奥斯汀分校研究鸟类进化的古生物学家朱莉娅·克拉克说,鸟腿看起来异常纤细的第一个原因是,它们身体的其他部分大多被羽毛覆盖,羽毛可以极大地放大其外形尺寸。克拉克说,鸟类相对较粗壮的大腿藏在羽毛下面,而且大多数鸟类的下腿都有鳞片,这使得这些肢体看起来异常细小和裸露。羽毛一直长到脚趾的鸟类,例如猫头鹰和一些家鸡,它们的胫部看起来比裸腿的同类要粗。

但这不仅仅是一种视觉错觉:鸟腿与其他活体动物的腿确实存在一些差异。鸟类是兽脚亚目恐龙的后代,兽脚亚目恐龙是一类体型各异的两足动物。有些像现代麻雀一样小,而另一些则非常巨大,例如霸王龙。大多数能够双足行走的哺乳动物(如熊、黑猩猩和人类)用脚后跟站立,而恐龙则用脚趾和前脚掌行走,其余的脚骨则拉长并抬离地面。现存的鸟类保留了其中一些特征。然而,随着它们越来越多地飞向天空,鸟类进化出了一些不同的特征。迅猛龙等鸟类近亲的大腿相对较短,但小腿和脚趾较长,但它们的大腿或多或少是垂直的,就像我们一样。然而,沿着鸟类家谱向下追溯到现代鸟类,这些大腿的方向逐渐改变。“在鸟类中,大腿骨基本上是水平的,并且有点紧密地束缚在附着在躯干上的肌肉群中,”克拉克说。


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为什么会发生这种转变?对于任何观看幼儿走路的人来说,维持双足平衡都是一项棘手的任务。如果没有强壮的腿支撑的强大重心,任何两足动物都有倾倒的风险。双足恐龙通过将体重分布在长长的脖子和骨质尾巴上来保持站立。但正如克拉克所说,随着鸟类祖先越来越多地飞向天空,鸟类强大的拍打胸部肌肉的发展将它们的重心转移到身体的前部。为了保持平衡,鸟类的躯干缩小了。它们的大腿水平移动并束缚在身体上,有效地成为髋部的一部分。反过来,膝盖成为腿部移动的最高部分。

鸟类也进化出了其他解剖学上的技巧。随着时间的推移,恐龙脚上的三块跖骨在鸟类中转变成一块轻巧而坚固的融合骨。克拉克说,鸟类也进化出了肌肉变化,它们的大部分腿部肌肉都集中在大腿中,大腿与躯干相连。与此同时,小腿和脚由从膝盖到脚趾的超细肌腱束控制。

同样的肌腱系统在鸟类栖息时锁定它们的脚趾位置,使它们能够在睡觉时不会掉落。“没有其他动物拥有这种肌腱系统,使其能够将强大的肌肉运动定位在靠近身体的位置,”克拉克说,那里肌肉隐藏在羽毛下面。

当然,并非所有鸟类的腿都像棍子一样细。花大量时间在地面上或以捕食为生的鸟类仍然具有典型的细长肌腱控制的腿,但这些腿通常比它们的鸣禽亲戚的腿更粗壮。鸵鸟和食火鸡等不会飞的鸟类,例如,具有明显更大的小腿肌肉来承受它们更大的体重。

轻巧的鸣禽较少依赖于行走。“它们大多数时候的移动方式,至少当它们需要追逐某物或逃离某物或覆盖大片地面时,是通过飞行,”爱丁堡大学的古生物学家斯蒂芬·布鲁萨特说。“所以腿部不需要那么强壮。”

换句话说,在观察鸟腿时,重要的是要记住,它们之所以看起来像现在这样,是因为鸟类的进化历史,这个历史深受过去血统对天空的拥抱的影响。对于大多数鸟类,尤其是那些会飞的鸟类来说,肌肉发达的肢体是翅膀,而相比之下,腿往往显得微不足道。

克拉克说:“可以公平地说,活鸟的极端情况[在]飞行起源之后才达到。”

无论它们的起源如何,那些细长的腿现在都是现代鸟类吸引力的核心组成部分,并帮助激发了互联网昵称和分类学。鸟腿明显的纤细突出了它们身体的圆润,并创造了看起来令人愉悦的跳跃或飞奔,让我们如此高兴。它们的腿可能看起来很奇怪,但我们绝不会希望它们变成其他样子。

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