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猫头鹰的特点(神秘猫头鹰的特殊技能)

在哈利波特的魔法世界里,霍格沃兹的神秘录取通知书都是由猫头鹰来派送的,猫头鹰这种生物的身上充满了各种

  在哈利波特的魔法世界里,霍格沃兹的神秘录取通知书都是由猫头鹰来派送的,猫头鹰这种生物的身上充满了各种神秘的传说,今天就来聊一聊他有那些特别之处。

  一、基本特征:鸮形目(Strigiformes)中的鸟被叫做猫头鹰,总数超过130余种。在除南极洲以外所有的大洲都有分布。大部分的种为夜行性肉食性动物。该目鸟类头宽大,嘴短而粗壮前端成钩状,头部正面的羽毛排列成面盘,部分种类具有耳状羽毛。双目的分布,面盘和耳羽使本目鸟类的头部与猫极其相似,故俗称猫头鹰。别名神猫鹰。

  二、猫头鹰的视觉与听觉系统:

  1、猫头鹰的眼球呈管状,有人把猫头鹰的眼睛形容成一架微形的望远镜。在猫头鹰眼睛的视网膜上有极其丰富的柱状细胞。柱状细胞能感受外界的光信号,因此猫头鹰的眼睛应该能够察觉极微弱的光亮。如果把鸟眼比做照相机的话,那么大多数适于白天活动的鸟的眼睛是小口径的标准镜头,猫头鹰的眼睛就是大口径、长焦距的望远镜头。因此在很长一段时间里,人们一直认为猫头鹰是靠视觉在黑暗中飞行和捕食的。但是,如果用一般鸟类所具有的视觉感觉系统来衡量猫头鹰的话,那么要达到猫头鹰这样的视力,它的整个脑部就得都由视觉神经组成! 2、鸟类学家们从进一步研究发现,猫头鹰的听觉非常灵敏,在伸手不见五指的黑暗环境中,听觉起主要的定位作用。猫头鹰的左右耳是不对称的,左耳道明显比右耳道宽阔,而且左耳有很发达的耳鼓。大部分猫头鹰还生有一簇耳羽,形成像人一样的耳廓。猫头鹰的听觉神经很发达,一个体重只有300 克的仓鸮约有9.5 万个听觉神经细胞,而体重600 克左右的乌鸦却只有2.7 万个。另外,猫头鹰脸部密集着生的硬羽组成面盘,而这个面盘是很好的声波收集器。猫头鹰硕大的头使两耳之间的距离较大,这可以增强对声波的分辨率。当一只猫头鹰在黑暗的环境中搜索猎物时,它对声音的第一个反应是转头,如同我们在听微小响动时侧耳倾听一样。但是猫头鹰并不是真正地侧耳倾听,它转头的作用是使声波传到左右耳的时间产生差异。当这种时间差增加到30微秒以上时,猫头鹰即可准确分辨声源的方位。猫头鹰一旦判断出猎物的方位,便迅速出击。猫头鹰的羽毛非常柔软,翅膀羽毛上有天鹅绒般密生的羽绒,因而猫头鹰飞行时产生的声波频率小于1 千赫,而一般哺乳动物的耳朵是感觉不到那么低的频率的。这样无声的出击使猫头鹰的进攻更有“闪电战”的效果。据研究,猫头鹰在扑击猎物时,它的听觉仍起定位作用。它能根据猎物移动时产生的响动,不断调整扑击方向,最后出爪,一举奏效。当然,猫头鹰在捕食中视觉和听觉的作用是相辅相成的,它正是在各方面适应夜行生活而成为一个高效的夜间捕猎能手。

  三、猫头鹰的骨骼系统:猫头鹰的脑袋能够270度地旋转,无论它的脑袋怎样拧,都不会出现脑供血不足导致头昏晕倒的情况。原因有2个,一个是它有一段结构强韧的颈椎,支持它在扭动脖子时,脖颈关节和血管不受伤。另一个原因是它的颈椎动脉有一处缓存血库,当扭头引起动脉血管扭曲,血流量减少时,缓存血库能及时给脑部供血。看上去头架在肩膀上,没有脖子的猫头鹰,实际上拥有14节颈椎。而拥有美丽脖颈,能戴钻石项链的你,只有7节颈椎。(图二)

  图一

  图二

  图三

  是斑雕鸮(常见的非洲猫头鹰)骨骼,褪去羽毛看真相,猫头鹰有根长脖子。14节颈椎的旋转角度比7节要大得多。猫头鹰的颈椎关节比你多,但它的枕髁比你少。你的颅骨和颈椎连接处有2个枕髁,而猫头鹰只有1个枕髁,它转头的幅度比你大。除了脖子长得长外,关节多,转头灵活外,猫头鹰的颈椎管管腔还粗。同样是颈椎血管,你的动脉血管贴近颈椎管的管腔,血管在管腔内的活动空间有限。而猫头鹰的颈椎管管腔直径是动脉血管的10倍,宽大的管腔给血管提供了缓冲气垫,和活动的空间。当猫头鹰270度扭头时,血管壁不会被骨头摩擦压迫或是刮伤。(图三)不仅颈椎结构跟你不一样外,猫头鹰的颈动脉还有你比不上的天赋,它自带一个小血库。美国约翰·霍普金斯大学团队研究猫头鹰的颈动脉血流情况,团队给猫头鹰的动脉里注射显影剂,用试剂模拟血液流动。实验发现了猫头鹰跟我们完全相反的地方:当猫头鹰扭动脖子,旋转脑袋时,它下巴底部的血管变得越来越粗,像个小血库一样在储存血液。当你扭动脑袋时,颈动脉血管只会越来越细,脑袋偏离原位越远,头部的供血量越少。长时间大幅度歪脖子的话,你缺血的脑袋会开始眩晕。但是,猫头鹰不会。它下巴上的缓存血库,给它储备了大脑需要的血液。当旋转脖颈造成动脉扭曲,暂时缺血时,缓存血库能及时为脑袋供血。

  三、猫头鹰的飞行系统:猫头鹰的静音飞行与其飞行噪音的特性有关。猫头鹰可以将绝大部分飞行噪声能量控制在1600Hz以下的低频范围。而其猎物(田鼠等)的听觉只对频率在2000Hz以上的声音敏感,猎物听不到猫头鹰的飞行。羽毛也是猫头鹰静音飞行的重要因素。猫头鹰翅膀初级飞羽外缘的梳齿结构可以起到涡流发生器的作用,将流过翅膀表面的大空气涡流“过滤”成细碎的小涡流,抑制紊流边界层噪声的产生;气流经过翅膀后缘时会发生涡旋脱落分离,初级飞羽后缘的穗状须边可以使脱离过程变得离散,抑制涡流脱离引起的气动噪声;覆盖在猫头鹰体表的大量松软绒毛具有吸声降噪功能,能够吸收气流与猫头鹰身体作用时发出的声音,减少声音反射。猫头鹰体表羽毛的多级分叉结构(包括绒毛末级分叉“竹节”结构)也在气动噪声能量耗散方面也发挥着重要作用。另外,猫头鹰的羽毛还具有特别的力学特性。孔德义等人发现猫头鹰翅膀和尾部羽毛的弹性模量较大,在3.13~3.66GPa之间,绒毛的弹性模量较小,在1.47~2.04GPa范围。弹性模量较大的翅膀飞羽和尾部羽毛刚性较大,不易变形,主要用于调整和保持猫头鹰的飞行姿态,并获得最大升力,而身体其他部位的绒毛因弹性模量较小,较为柔软,在飞行过程中受到气流冲击时,通过柔顺变形来吸收噪声能量。猫头鹰翅膀的翼型特征让猫头鹰在飞行中具有更好的气动和声学特性。孔德义等人的研究显示,在10m/s风速下,雕鸮翼型的升力约为0.896(牛),大鵟翼型的升力约为0.809(牛),雕鸮翼型的升力效果好于大狂翼型模型。此外,流场压力分布显示,在两种翼型尾部,雕鸮翼型尾部的压力脉动略小于大狂翼型模型,表示它具有更好的声学特性。猫头鹰的皮肤也具有吸声特性。雕鸮皮肤表面非常粗糙,凹凸不平,密布着大量的气泡状突起,最小的突起甚至不到1微米。这样的微观结构特征十分类似于多孔吸声材料,应具有一定的吸声降噪效果研究还发现雕鸮腹部和大腿的皮肤及皮下组织有明显的分层结构共分三层:表皮层、真皮层、皮下组织,且在真皮层与皮下组织层之间存在一个空腔结构,空腔高度30~80微米不等,而鸭子皮肤则无明显的分层现象,更不存在皮下空腔结构。这样的空腔结构应具有共振吸声的效果。猫头鹰的静音飞行特性,是多个降噪因素综合产生的总体效应。猫头鹰的翅膀翼型和初级飞羽的形态结构发挥着消声降噪的作用,而大量分布在猫头鹰身体其他部位的绒毛的形态结构,以及猫头鹰皮肤和皮下结构,起到了吸声降噪的效果。猫头鹰羽毛的力学特性,对于降噪的贡献较为复杂,可能兼具消声降噪和吸声降噪的效果

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