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鳥類的翅膀都演化成最適合飛行的形狀嗎?

10月11日
讀畢需時 7 分鐘

信天翁有狹長的翅膀,可以利用海面上的風長時間滑翔;蜂鳥的翅膀適合快速改變運動狀態,也能停在空中;企鵝早已不再飛翔,牠們的翅膀成了在水中高速轉向的推進器。這讓我們認為不同鳥類的翅膀,應該都在自然選擇下逐漸接近各自飛行方式的最佳形狀了。


問題是我們如果只觀察現存鳥類,再從中尋找「表現最好」的翅膀,就已經預設自然界現有的形狀已是最佳解答。一項研究採用了反向做法,先建立一個包含現生鳥類之外可能形狀的理論形態空間(theoretical morphospace,註一),計算各種理論翅膀形態的飛行性能,再把真正鳥類的翅膀放回這張形態空間中,看牠們究竟距離理論上的最佳位置有多遠。


研究者收集了 1,139 種現生鳥類的翅膀資料,涵蓋 36 個目。他們使用鳥翼完全伸展時由上方觀看的二維外輪廓,再以橢圓傅立葉分析(Elliptical Fourier Analysis)描述形狀。研究者接著讓這些形狀參數在現生鳥類已知範圍之外繼續變化 20%,建立 23 × 22、共 506 種理論翅膀形態。其中 75 種因輪廓彼此交叉,形成不可能存在的形狀,因此從功能分析中排除。


理論形態空間與功能分析流程。(a)將鳥翼影像轉為外輪廓,並以橢圓傅立葉分析取得形態資訊;(b)建立理論翼形,範圍比現生鳥類實際占據的形態空間向外擴展 20%;(c)計算不同理論翼形的相對性能,建立性能等高線圖;(d)利用帕雷托排序比較多項性能之間的最佳折衷(圖片來源:Walters B et al. (2026),採用 CC BY 4.0 授權)
理論形態空間與功能分析流程。(a)將鳥翼影像轉為外輪廓,並以橢圓傅立葉分析取得形態資訊;(b)建立理論翼形,範圍比現生鳥類實際占據的形態空間向外擴展 20%;(c)計算不同理論翼形的相對性能,建立性能等高線圖;(d)利用帕雷托排序比較多項性能之間的最佳折衷(圖片來源:Walters B et al. (2026),採用 CC BY 4.0 授權)

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