猫头鹰的特异本领

头部自由转动270度

猫头鹰的脑袋好像完全违背了常规，可以进行270度的自由转动，颈部和头部的血管却一点也不会被伤害，大脑的供血也不会受阻。现在，猫头鹰的这一秘密终于被美国专家揭开。科学家们通过血管造影术、CT扫描和医学成像技术，发现了猫头鹰体内有4种防止头部转动时受伤的适应性进化结构，它的骨骼为了支撑过重的头部也发生了相应的变化。这一发现获得了2012年美国国家科学基金会评选的国际科学与工程视觉挑战大赛信息绘图组的冠军，研究结果刊登在2013年2月1日出版的《科学》期刊上。

科学家研究了因自然原因引起死亡的大角猫头鹰，发现它的脊椎动脉进入脖子的位置相对于其他鸟类更高。猫头鹰颈部一根负责给大脑供血的主动脉穿过颈椎骨中央的空穴，而空穴的直径比穿过它的血管直径要大9倍，多余的空间为动脉血管提供了缓冲气垫，使动脉在头部扭转时有充足的移动空间。与人类不同，猫头鹰有连接颈动脉和脊椎动脉的微血管结构，使血液能在两条血管之间进行交换。微血管结构中还有一条专门的三叉血管，确保大角度的头部扭转在堵死其中一个通道时，血液照样能不间断地流向大脑。头部270度的自由转动使得猫头鹰能够在站立不动的情况下获得较大的视野，发现猎物和天敌。

为了解开这个谜题，医学专家通过注射显影剂加强猫头鹰血管的X光成像，然后进行剖析和扫描成像，以便做详细的分析和研究。最引人注目的情况出现在研究人员把显影剂注入到猫头鹰的动脉里，模拟血液的流动。当他们用手转动它头部的时候，只见头底部颌骨下面的血管随着越来越多显影剂的进入变得越来越粗。这和人体形成了鲜明的对比，遇上这种情况时动脉一般倾向于变小，不会在偏离原位的时候变粗起来。

研究人员说，能够张弛的血管类似于缓存血库，可以在猫头鹰转动头部时给它的大脑和眼睛提供满足能源需求的血液。这些适应性的血管网起着相互联系的支持作用，有助于最大限度地减少任何血流中断。“我们新研究的结果清楚地表明，头部旋转离不开适应性进化结构。”盖尔劳德博士指出，“人类的脊椎动脉的确是在颈部空腔里，但与猫头鹰不同，它的结构特别适合于动脉的更大弹性和运动。因为缺乏猫头鹰的保护机制，人激烈转动头部是非常危险的。”

霍普金斯大学医学成像师梅尔卡多也参与了这项研究，他说：“人类颈椎的动脉就紧紧贴着颈椎骨的空穴，而猫头鹰却完全不同，有着允许动脉进行更灵活活动的空间。”

捕捉猎物悄无声息

猫头鹰具备不可思议的“隐”声飞行能力，它能依靠与其他鸟类不同的羽翼结构减少噪音，悄无声息地捕捉猎物。为了更好地了解猫头鹰如何减轻噪音，并且设法把它“无声飞行”的原理运用在飞机之上，英国剑桥大学的研究人员研究了猫头鹰特殊的羽翼结构。如果尝试成功，那么飞机在起飞或降落时就再也不会发出震耳欲聋的轰鸣声了。他们在美国物理学会流体动力学部的年会公布了这项研究成果，由于对猫头鹰飞行特征的研究可能是打造“无声”飞机的关键所在，因此引起了与会者的广泛关注。

“很多种类的猫头鹰都有着独特的羽翼结构，这能卓有成效降低它们在飞行过程中发出的噪音，让它们能够仅仅依靠听力就能够捕获到猎物。”英国剑桥大学应用数学和理论物理系贾斯汀·沃斯基教授说，“没有人确切地知道猫头鹰是如何实现‘隐’声飞行的，只能对猫头鹰的羽翼及其生理机能和其他不那么安静的鸟类如鸽子进行比较，在此基础上去寻找它之所以具备这种特异功能的原因。”

不论是自然界中鸟类天生的羽翼还是飞行器上人工造的机翼，都会在飞行过程中因为拍打空气而产生湍流漩涡。当这些漩涡与羽翼后端或机翼后缘撞击时，便会被放大并且作为声音散射。传统飞机由于机翼后缘很硬，所以发出的噪音特别响。

然而，科学家认为猫头鹰羽翼独特的物理特性有助于它的“隐”声飞行能力。这至少体现在3个方面：沿着羽翼前缘的羽毛很硬，呈锯齿状排列；在羽翼上方，覆盖着有较柔软的绒毛；绕着羽翼后缘，长着灵活的须边。究竟是单一的还是几种物理特性的组合起到了降低噪声的作用，目前还不清楚。

研究人员试图解开这个谜团，进一步发展猫头鹰通过羽翼后缘以减轻噪声能力的理论基础。在传统飞机中，主要的噪声源在机翼后缘。此前关于猫头鹰的噪声实验表明，风速对猫头鹰飞行过程中噪音高低的影响较小。在这次试验中，研究人员用数学模型表明，一个灵活多孔并且可以调节的机翼后缘产生的空气动力噪音取决于飞行速度，飞机在飞行时就像是没有机翼边缘一样。对此，剑桥大学的奈杰尔·皮克教授称：“这表明传统飞机机翼所制造的噪音是可以减轻的。”