一只鸟从30米高空俯冲,以时速113公里撞向海面。换成人类,这个姿势入水基本等于把脖子交给物理定律。但鲣鸟(カツオドリ)不会折断颈骨,它扎完水还能继续叼鱼。
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华盛顿大学的研究团队盯上了这个问题。他们想知道:为什么潜水鸟类高速入水时,脖子不会出事?相关成果已发表在《解剖学记录》(The Anatomical Record)上。
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鲣鸟全长约70厘米。它在空中盘旋,扫视海面找鱼群,锁定目标后急降直插水中。整个过程中,头部和颈部承受的压缩力极大,颈椎会被明显压缩,但骨头没断。
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有意思的地方在于形状。人类建筑工学里,抗压结构通常做成短而粗的样子。鲣鸟的脖子却又长又细,由15节椎骨叠成,整体还带一点S形弯曲。按常理,这不像能扛住高速撞击的结构。
此前研究已经指出,椎骨周围的肌肉会在冲击前把椎骨固定住。但潜水鸟类的脖子在实际受力时到底怎么工作,相关研究一直很少。
研究团队从大学运营的博物馆里收集了潜水鸟类和不潜水鸟类的标本,做CT扫描,建出颈椎的三维模型,再用几何形态测量法这类统计手段分析图像。
对比结果很清晰。像猫头鹰、鸽子这类需要左右转头、前后活动的鸟,颈椎形态是一套;像鲣鸟这样头部要承受压缩力的鸟,是另一套。潜水鸟类的椎骨更结实——更厚、更宽、更短,形状接近正方形。研究里把这种形态称作“矮胖”结构,正是它在支撑骨头。
还有一个细节:第2颈椎到第6颈椎之间存在被称为关节面的接触面。研究团队认为,当鸟以斜角撞向水面时,这些关节面能阻止颈部向后弯折。
团队也在翠鸟等其他潜水鸟类身上确认了矮胖形状的椎骨,但没有检测到关节面。翠鸟与鲣鸟属于不同的科,体型也小得多。
下一步,研究团队打算进一步弄清力在颈部内部是如何传递的。他们还有一个更长远的期待:如果骨结构的研究继续推进,或许能判断化石中发现的物种是否也像鲣鸟一样,有高速俯冲潜水的习性。
一只鸟的脖子,就这样把建筑学常识反着写了一遍。
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