要长出怎样的翅膀，人才能像鸟一样飞翔？
主讲人 苇泱
江苏新闻广播《江苏新闻联播》主持人
获江苏广播“新锐主持”、“优秀主持”等称号，主持的节目荣获江苏省播音主持作品一等奖。
本书导听
你是否做过这样的梦：像鸟儿一样在空中飞翔。
鸟儿为什么能够飞翔？
为了飞翔，它们的身体在进化中发生了哪些巨大的变化？
人类渴望像鸟儿一样自由飞翔，很多先驱者为此付出了惨痛的代价。
从无动力滑翔机、热气球、飞艇到现代飞行器，人类为克服地球重力付出了艰辛的努力。
《你想飞吗，像鸟一样？》是一座关于飞行的纸上博物馆，让我们在生物飞行进化史、航天史中认识和思考世界，探寻生命的意义。
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你将收获
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■为什么只有部分动物在进化中长出翅膀，从而翱翔蓝天？
■在生物进化中，第一次飞行是如何做到的？
■ 人类是如何实现飞行之梦的。
作者介绍
●理查德·道金斯
牛津大学教授，英国皇家科学院院士，演化生物学家。著有经典科普畅销作《自私的基因》。
●亚娜·伦佐娃
斯洛伐克青年插画师、翻译家。
音频文字稿
小时候，当我们看到鸟儿在空中飞翔时，可能都有过这样的疑问：为什么鸟类能够长出翅膀飞翔，而人类不能？飞行的原理到底是怎样的？为什么人类制造的各种飞行器，外形或多或少都和那些能够飞翔的生物有些相似？对于这些问题，我们可以到《你想飞吗，像鸟一样？》这本书中找找答案。
本书的作者之一——理查德·道金斯是牛津大学教授，演化生物学家，著有科普畅销书《自私的基因》。他告诉我们，无论是生物借助翅膀的飞行，还是人类借助机械的飞行，二者发展演进的底层逻辑和路径十分相似：都是在和生存环境的博弈中诞生，不断进步，并且时刻进行着收益与资源耗费的计算和取舍。
首先我们从生物进化学的角度看看飞行的好处。作者认为，生物进化出的每一种运动功能都是为了生存和繁衍，飞行也不例外：比如和陆地上的肉食动物相比，兀鹫、塘鹅等猛禽能够依靠飞行从高处俯瞰大地和水面，搜索猎物的区域也更大。在俯冲捕猎时，它们能够依靠飞行的重力获得极高的速度，比如一只游隼的最高俯冲时速达到322公里。同理，蜜蜂和蝴蝶一类的昆虫在花朵中采集花蜜，顺带为花朵授粉，考虑到花朵之间的距离和各类植物的高矮不一，飞行显然比爬行更有效率。
还有一些动物为了躲避陆地上的捕食者，逐渐演化出飞行的功能。比如三趾鸥专门在海边或者岛屿的峭壁上筑巢，由于地势险峻，几乎没有什么陆行动物能够威胁三趾鸥的巢穴。
飞行也能给繁衍带来意想不到的好处。对于动物来说，最佳的觅食地点和生育地点会随着季节的变动而变动。在进化过程中，这些动物逐渐算清了一笔账，那就是长途迁徙会带来更多的食物和更适合生育的气候，这些往往超过长途迁徙所花费的成本。而在各种迁徙方式里，飞行是最省力、最便捷的。
北极燕鸥就是鸟类中出类拔萃的长途旅行专家。为了避开每年的寒冬，享受两个食物充足的夏天，它们会用二个月的时间从北极圈飞往南极圈，然后再返回故乡。这趟旅行往返几万公里，如果是陆地动物和水生动物利用步行或者游动来完成，需要的时间肯定是飞行的几倍乃至十几倍，途中耗费的能量、遭遇的风险无疑也更多。
可能有人会问，既然飞行有这么多的好处，为什么只有少数动物能够在进化中长出翅膀从而翱翔蓝天呢？例如，猪为什么就不会飞？对于这个问题，有些生物学家的解释是，在进化过程中，猪没有发生能够长出翅膀的遗传变化，所以自然选择定律也束手无策。但是作者认为，之所以猪乃至其他很多动物没有长出翅膀，是基因本身为了持续繁衍生存，在长时间内和自然环境进行博弈并且经过深思熟虑的计算后产生的结果。
说白了，很多动物没有进化出翅膀，是因为翅膀对它没有用处：飞行给它带来的好处，不能弥补拥有翅膀带来的损害和不便，以至于妨碍它的基本生存方式。比如蚂蚁，除了繁殖前的蚁后和雄蚁有翅膀，数量最多的工蚁是没有翅膀的。这是因为翅膀主要用于空中交配，而工蚁无法进行繁殖，所以翅膀对它们来说没有用处。而且工蚁的主要任务是修建蚁巢、搬运食物、养育幼蚁，翅膀会妨碍它们在巢穴中狭窄的通道内灵活地运动。如果要把大块的食物拖回巢穴，工蚁们必须集体协作。“空运”的话显然难度太高，在地面上把猎物拖回巢穴才是最经济适用的办法。此外，飞行是一种极端消耗能量的运动方式。如果一个巢穴中有太多的蚂蚁会飞行，那么即使所有蚂蚁都不眠不休地收集食物，也无法维持整个巢穴的能源需求。
同样，很多栖息在海岛上的鸟类，也在漫长的进化中慢慢失去了飞行能力。这是因为它们长期处在一个相对安全、缺乏陆地捕食者或者竞争者的环境中，飞行变成了奢侈的非必要功能。例如印度洋毛里求斯岛上的渡渡鸟，它们原本拥有飞行能力，但在长期安全的环境中慢慢退化了。不幸的是，荷兰殖民者在17世纪初来到了这里，人类的大肆捕杀、外来物种的侵袭以及栖息地的破坏，导致不会飞的渡渡鸟迅速灭绝。
那么，在生物进化中，第一次飞行或者说第一只飞起来的动物是怎样做到的？对于这个问题，进化生物学研究专家基本分成了两派：一派是“树木滑翔派”，一派是“地面起飞派”。
“树木滑翔派”的观点是，远古动物先爬到树上，然后跳到空中滑翔，比如鸟类的直系祖先小盗龙。久而久之，它们在滑翔的过程中学会了扑打前肢或者翅膀，滑翔也就慢慢变成了飞翔。时至今日，还有一些动物在树木之间滑翔，比如蜜袋鼯[wú]和飞蛙。
“地面起飞派”则认为，远古动物先是在地面上快跑。当时，有几种小型恐龙，外形和今天的非洲鸵鸟有些类似，它们的前肢已经长出了羽毛。在奔跑中，它们伸出前肢以保持身体平衡，有时还夹杂着跳跃。其实，如果我们仔细观察鸡鸭等家禽就会发现，它们在遭遇危急情况时，也会采取这种扑腾翅膀、夹杂跳跃的跑动方式。一部分古生物学家还指出，远古动物在躲避天敌的时候，常常试图登上高处，比如一段陡峭的斜坡或者树干；在爬坡过程中，为了给自己提供一点额外的助力，它们会拼命向斜下方扑腾翅膀。经过一代代的繁衍和自然选择，这些鸟类的祖先在逃避捕猎时，跳跃距离稳步变长，带羽毛的前肢越来越发达，表面积逐渐变大，最终在某个时刻，它们中的某一只在快速奔跑或者攀爬时终于腾空而起，迈出了飞行的第一步。
接下来，我们从生物学和航空工程学的角度来看看生物飞行的原理。总体来说，一只动物的表面积和体重的比值越大，获得的空气升力就越多，飞行起来也就越容易。例如，两个同样大小的气球，一只充满空气，而另一只没有充气，把它们从距离地面一定高度的地方同时扔下来，那么很明显，没有充气的气球会先落地。所以，任何具有飞行能力的动物，要么在进化中拼命限制自己的个头和体重，要么努力扩展自己身体的表面积，这就是能够飞行的生物以鸟类和昆虫为主的原因。它们身体的尺寸和体重都明显小于陆地爬行动物和水生动物，而它们的翅膀面积则远远超越它们的躯干面积。
动物为了飞行，身体结构也要进行相应的优化：比如鸟类为了减重，所有骨骼都是中空的；为了扇动巨大的翅膀，鸟类体重的大约四分之一都给了发达的胸大肌和胸小肌；为了支撑异常发达的胸肌，鸟类的胸骨变形为凸起而坚固的龙骨突，左右锁骨也合并演化成一块叉骨。所以鸟类的翅膀除了上下扇动外，其他方向的活动性都非常差。
那么翅膀为什么能让生物飞行呢？我们刚才说过，要飞行的话，就要让自己的表面积足够大，而翅膀能够有效增大表面积来“兜住”空气。
当飞行着的生物遇到气流时，气流会像水流遇到船头一样被劈开，分别从翅膀的上方和下方流过，此时翅膀的角度和飞行速度决定了上下两股气流会有不同的速度。理想的状况是，翅膀上方的气流速度比较快，使上方的空气压力降低，而翅膀下方的气流速度相对较慢，使下方的空气压力不变甚至增高。这样，翅膀上方和下方的空气压力就形成了压力差，它如同一双无形的大手，把飞行着的生物托举在空中。我们可以通过两个非常简单的小实验来验证这个流体力学原理：第一个实验，当你坐在汽车上的时候，在确保安全的前提下，打开车窗，把手臂伸出窗外，手掌弯曲成弧形，如果车速足够快，你就会感到自己的手被风托起；第二个实验更简单，你用双手展开一张纸巾，让它自然下垂，然后对着它吹气，纸巾的下端就会飘起，呈水平方向悬浮在空中。这是因为你嘴里吹出的气流，让纸巾下方的空气压力大于纸巾上方的空气压力，从而形成了一股向上的推力。
如果用通俗的语言来解释的话，鸟类向上挥动翅膀时，翅膀局部收缩，扇出的空气少，向下挥动时，翅膀伸展至最大，扇出的空气多。这样每扇动一次，都有一团空气被狠狠地拍向鸟类的躯体下方，从而增大了气压，让自己持续悬浮在空中。如果从侧面来看，整个扇翅动作是向斜下方运动，这就如同在水中划桨行船一样，利用空气的反作用力让自己获得前进的推动力。所以说，鸟类在空中扇动翅膀的动作，是一个非常符合流体力学原理的精妙过程。
刚才我们从生物与工程学角度介绍了飞行的原理，接下来聊聊人类是如何实现飞行之梦的。
从人类进入文明时代开始，我们的祖先就把能够飞行的生物当作神明来崇拜，飞行也被当作一种超能力赋予了远古神话和传奇里的英雄人物。最著名的例子就是古希腊神话中的能工巧匠代达罗斯。代达罗斯为克里特岛国王制造了一座精巧的迷宫，但是国王却把代达罗斯和他的儿子囚禁起来。代达罗斯收集鸟类的羽毛，用蜡作为黏合剂，制造了两副精巧的翅膀，试图从空中逃走。
起初一切顺利，但是他的儿子陶醉在飞行的快感之中，忘记了父亲的叮嘱，飞得距离太阳过近，高温导致翅膀上的蜡融化，羽毛飘落，他的儿子最终坠海而死。这个神话反映了早期人类对飞行技术的朴素认知，那就是人和会飞的鸟类之间只差一对翅膀。
我们可以从古代历史的记载中看到，很多尝试飞行的先驱者都付出了惨痛的代价。1200多年前的安达卢西亚，地理位置在现在的西班牙，发明家菲尔纳斯浑身粘满羽毛，从高处跳下。他在空中滑翔了一段，但在降落时摔伤了后背。600多年前，我国明朝时的火药发明家陶成道，根据火药兵器的发射原理构思了一个飞行方案。他坐在一张椅子上，手持两个大风筝，椅子后面绑了47支火箭。其实这个方案有一定的合理性，那就是通过火箭燃烧产生的推力把他和椅子推上天，然后再用风筝保持平衡并减速降落。不料火箭在点燃后直接爆炸，陶成道遇难。
随着早期物理学与工程技术的发展，人类逐渐意识到，要想征服蓝天，还得借助机械装置的力量。不过，机械装置太复杂、太重，在蒸汽机和内燃机诞生之前，这条道路行不通，顶多能够造出无动力滑翔机，让人坐在上面滑翔一段距离。在很长的时间内，人类退而求其次，只要能让自己升空并且待的时间足够长就可以了，途径就是利用比空气还轻的气体，比如加热后的空气或者氢气。1783年，两名法国人参与了人类历史上的首次飞行。他们搭乘的是一只热气球，由造纸商蒙格尔菲耶兄弟制造。这两兄弟的灵感来源于一个生活现象，就是在室内烘烤衣服的时候，热空气会托着烘干的衣服飘向屋顶。
气球虽然满足了人类升上天空的欲望，但是坐在气球下面的吊篮里只能任凭风吹，随波逐流，人类唯一能够控制的只有气球飞行的高度。于是，工程师们想方设法，在19世纪后半期，把不断改良的蒸汽机甚至内燃机装上气球，让它变成可以精确操控的飞行器，这就是飞艇。
不过，飞艇在空中称霸的时间并不长，原因有三个方面。第一，随着飞艇载人舱和发动机的重量不断加大，飞艇的气囊部分也要越做越大，除了支撑的骨架使用金属材料外，其他材料必须是柔软的纺织物，因此它的坚固性始终是个问题。第二，材料的特性决定了飞艇的气囊充其量做成雪茄形，再加上体积庞大，就产生了极大的空气阻力，让飞艇始终飞不快。第三，飞艇气囊里填充的氢气易燃易爆，从而使飞行变得极端危险。1937年5月6日，德国大型豪华飞艇“兴登堡号”由于氢气泄漏爆炸坠毁，造成36人死亡。而在此之前的1933年，美国飞艇“阿克伦”号也因类似原因坠毁，死亡人数高达73人。这些事故宣告了飞艇并不能成为人类可以依赖的航空器。
最终，人类又回到那条最艰难的道路上：想办法用金属等硬材料制造外形和鸟类相似的快速飞行器，再搭载发动机来推动。现代航空器设计的鼻祖，可以追溯到文艺复兴时期的著名艺术家达·芬奇，他也是一位涉猎甚广的工程天才，设计过许多滑翔机建造方案，其中的一些方案，即使用今天的航空工程学眼光来看，也十分合理。
从文艺复兴后期到第一次工业革命初期，是人类的科学技术飞速发展的时期，许多科学领域的基本定律和原则都诞生在这个时期。比如意大利科学家博雷利在《论动物的运动》一书中，深入研究、对比了鸟类与人类的肌肉、骨骼后，失望地指出：没有鸟类轻盈的中空骨骼、流线型的身体和强大的胸肌，人类只靠自身力量是不可能飞行的。所以说，仅仅安上翅膀，以人力驱动，直接模仿鸟类的飞行模式是行不通的。
英国的凯利爵士是现代飞行器的设计先驱。他认为，航空器仅靠机翼飞起来远远不够，整个飞行过程还必须稳定可控，所以他设计的滑翔机，不仅有表面积巨大的固定机翼来提供升力，还有一个借鉴了鸟类尾羽造型的十字形尾翼来保持飞行中的稳定。为了操控尾翼，凯利在座舱内安置了一个方向舵，并用绳索将它和尾翼连接在一起，方便乘坐者手动调整。可以说，凯利的这架滑翔机是现代航空器的鼻祖。1903年12月，当美国人莱特兄弟驾驶自己的飞机终于实现了人类历史上的第一次动力飞行时，他们的成就正是建立在从达·芬奇到凯利等一系列先驱的肩膀上。
通过亿万年的生物进化史以及上千年的人类航空技术的演化发展史，作者告诉我们，和地球上的其他生物相比，人类对于飞行的渴望，其背后的原因可能更为复杂：一方面，人类虽然已经成为地球的主宰，但在心灵深处，依旧对未来的生存环境充满了不确定性和危机感。人类之所以不断尝试飞翔，就是因为进化本能中的迁徙冲动在起作用。现在脚下的这片栖息地，也许有一天会因为某种突发灾难或者缓慢的退化而变得不适合居住。到那时，人类就可以借助先进的航天飞行器，移民到更为宜居、安全的类地行星。另一方面，人类独有的对于实现自由意志和探索未知的渴望，让我们向往飞行。这种探索也许不会立刻带来物质上的回报，但会让我们的精神世界充盈而宁静。作者写到：“我把科学本身也看作一次飞向未知的史诗飞行……就像飞行是摆脱重力进入第三维度，科学也在摆脱日常生活，盘旋地升上想象的精妙高度。来吧，让我们张开翅膀，看它们会将我们带往何方。”
（本期编辑：杭太萍）