貓頭鷹的特異本領

頭部自由轉動270度

貓頭鷹的腦袋好像完全違背了常規，可以進行270度的自由轉動，頸部和頭部的血管卻一點也不會被傷害，大腦的供血也不會受阻。現在，貓頭鷹的這一秘密終于被美國專家揭開。科學家們通過血管造影術、CT掃描和醫學成像技術，發現了貓頭鷹體內有4種防止頭部轉動時受傷的適應性進化結構，它的骨骼為了支撐過重的頭部也發生了相應的變化。這一發現獲得了2012年美國國家科學基金會評選的國際科學與工程視覺挑戰大賽信息繪圖組的冠軍，研究結果刊登在2013年2月1日出版的《科學》期刊上。

科學家研究了因自然原因引起死亡的大角貓頭鷹，發現它的脊椎動脈進入脖子的位置相對于其他鳥類更高。貓頭鷹頸部一根負責給大腦供血的主動脈穿過頸椎骨中央的空穴，而空穴的直徑比穿過它的血管直徑要大9倍，多余的空間為動脈血管提供了緩沖氣墊，使動脈在頭部扭轉時有充足的移動空間。與人類不同，貓頭鷹有連接頸動脈和脊椎動脈的微血管結構，使血液能在兩條血管之間進行交換。微血管結構中還有一條專門的三叉血管，確保大角度的頭部扭轉在堵死其中一個通道時，血液照樣能不間斷地流向大腦。頭部270度的自由轉動使得貓頭鷹能夠在站立不動的情況下獲得較大的視野，發現獵物和天敵。

為了解開這個謎題，醫學專家通過注射顯影劑加強貓頭鷹血管的X光成像，然后進行剖析和掃描成像，以便做詳細的分析和研究。最引人注目的情況出現在研究人員把顯影劑注入到貓頭鷹的動脈里，模擬血液的流動。當他們用手轉動它頭部的時候，只見頭底部頜骨下面的血管隨著越來越多顯影劑的進入變得越來越粗。這和人體形成了鮮明的對比，遇上這種情況時動脈一般傾向于變小，不會在偏離原位的時候變粗起來。

研究人員說，能夠張弛的血管類似于緩存血庫，可以在貓頭鷹轉動頭部時給它的大腦和眼睛提供滿足能源需求的血液。這些適應性的血管網起著相互聯系的支持作用，有助于最大限度地減少任何血流中斷。“我們新研究的結果清楚地表明，頭部旋轉離不開適應性進化結構。”蓋爾勞德博士指出，“人類的脊椎動脈的確是在頸部空腔里，但與貓頭鷹不同，它的結構特別適合于動脈的更大彈性和運動。因為缺乏貓頭鷹的保護機制，人激烈轉動頭部是非常危險的。”

霍普金斯大學醫學成像師梅爾卡多也參與了這項研究，他說：“人類頸椎的動脈就緊緊貼著頸椎骨的空穴，而貓頭鷹卻完全不同，有著允許動脈進行更靈活活動的空間。”

捕捉獵物悄無聲息

貓頭鷹具備不可思議的“隱”聲飛行能力，它能依靠與其他鳥類不同的羽翼結構減少噪音，悄無聲息地捕捉獵物。為了更好地了解貓頭鷹如何減輕噪音，并且設法把它“無聲飛行”的原理運用在飛機之上，英國劍橋大學的研究人員研究了貓頭鷹特殊的羽翼結構。如果嘗試成功，那么飛機在起飛或降落時就再也不會發出震耳欲聾的轟鳴聲了。他們在美國物理學會流體動力學部的年會公布了這項研究成果，由于對貓頭鷹飛行特征的研究可能是打造“無聲”飛機的關鍵所在，因此引起了與會者的廣泛關注。

“很多種類的貓頭鷹都有著獨特的羽翼結構，這能卓有成效降低它們在飛行過程中發出的噪音，讓它們能夠僅僅依靠聽力就能夠捕獲到獵物。”英國劍橋大學應用數學和理論物理系賈斯汀·沃斯基教授說，“沒有人確切地知道貓頭鷹是如何實現‘隱’聲飛行的，只能對貓頭鷹的羽翼及其生理機能和其他不那么安靜的鳥類如鴿子進行比較，在此基礎上去尋找它之所以具備這種特異功能的原因。”

不論是自然界中鳥類天生的羽翼還是飛行器上人工造的機翼，都會在飛行過程中因為拍打空氣而產生湍流漩渦。當這些漩渦與羽翼后端或機翼后緣撞擊時，便會被放大并且作為聲音散射。傳統飛機由于機翼后緣很硬，所以發出的噪音特別響。

然而，科學家認為貓頭鷹羽翼獨特的物理特性有助于它的“隱”聲飛行能力。這至少體現在3個方面：沿著羽翼前緣的羽毛很硬，呈鋸齒狀排列；在羽翼上方，覆蓋著有較柔軟的絨毛；繞著羽翼后緣，長著靈活的須邊。究竟是單一的還是幾種物理特性的組合起到了降低噪聲的作用，目前還不清楚。

研究人員試圖解開這個謎團，進一步發展貓頭鷹通過羽翼后緣以減輕噪聲能力的理論基礎。在傳統飛機中，主要的噪聲源在機翼后緣。此前關于貓頭鷹的噪聲實驗表明，風速對貓頭鷹飛行過程中噪音高低的影響較小。在這次試驗中，研究人員用數學模型表明，一個靈活多孔并且可以調節的機翼后緣產生的空氣動力噪音取決于飛行速度，飛機在飛行時就像是沒有機翼邊緣一樣。對此，劍橋大學的奈杰爾·皮克教授稱：“這表明傳統飛機機翼所制造的噪音是可以減輕的。”