为什么火烈鸟单腿站立？

火烈鸟不仅以其鲜艳的粉色羽毛而引人注目，更因它们常常单腿站立，即使在睡觉时也是如此。

现在，科学家们发现，与双腿站立相比，单腿站立对火烈鸟来说可能出人意料地更省力。这一发现可能有助于制造更稳定的仿生腿和更好的假肢。

单腿站立的难题

火烈鸟单腿站立之谜的一个先前的解释是，它可以节省身体热量，因为它少一条腿浸在它们觅食的冷水中。多年来，科学家提出的另一种可能性是，这种姿势可以减少肌肉疲劳，但直到现在，研究人员还没有直接探讨过鸟类仅靠一条腿保持平衡需要多少肌肉活动。

埃默里大学的神经力学家Lena Ting和她的团队之前曾研究过人类单腿站立时的平衡控制，这促使比较神经力学家、佐治亚理工学院的Young-Hui Chang建议研究火烈鸟。Chang先前在动物园的工作帮助他们对在亚特兰大动物园的火烈鸟进行了研究。

为了帮助科学家更好地了解火烈鸟的解剖结构，“我们非常幸运地从另一家动物园获得了两具冷冻的火烈鸟尸体，”Chang说。然而，在将火烈鸟运回实验室的途中，Chang回忆说，他“没有预料到它们的腿会那么长。我的冷却箱不够大！我一路都在担心它们会融化。但我的担心是多余的。羽毛的隔热效果惊人——事实上，我很难将它们解冻，不得不使用加热灯几个小时才能解冻。”

Chang和Ting与他们的研究对象。(图片来源：Rob Felt/Georgia Tech)

当科学家解剖尸体时，Chang回忆说，他用一只鸟的膝盖以下的腿提起它，发现身体“出奇地稳定。即使在身体大幅度倾斜时——身体向前倾斜高达75度——膝盖和髋部似乎都没有移动。”

火烈鸟尸体表明，鸟类可以在不进行任何肌肉活动的情况下，被动地支撑它们单腿站立的体重。

“那是我们的‘啊哈！’时刻，我们知道我们发现了一些特别的东西，”Chang说。“如果一只死火烈鸟能做到，那么活着的火烈鸟很可能也能做到。”

令人惊讶的是，火烈鸟尸体无法稳定地保持双腿站立的姿势。Ting说，这表明鸟类在双腿站立时需要比单腿站立更多的肌肉活动来稳定身体。

此外，研究人员还分析了八只幼年火烈鸟，让它们站在一个测量它们在地面上产生的力的平台上。他们发现，随着活动量的减少，火烈鸟的摇摆幅度也减小了。

“当火烈鸟闭上眼睛，单腿入睡时，假定肌肉活动非常少，它们的姿势摇摆幅度比它们非常活跃的时候低七倍，”Chang说。

被动平衡

（图片来源：Shutterstock）

这些发现表明，火烈鸟在单腿站立时，依靠的是被动机制而不是主动肌肉活动来支撑身体和控制平衡。

“我们仍然不知道单腿站立时涉及了哪些解剖学机制来实现这一点，但据我们所知，这与骨骼解剖学有关，”Chang说。“我们需要在行为过程中直接成像骨骼解剖学——例如通过X射线——才能真正弄清楚，这是未来研究的方向。”

研究人员认为，火烈鸟单腿站立时，就像一个垂直、平衡、倒置的钟摆。原则上，这样的钟摆可以用极少的肌肉活动来保持平衡。“我认为单腿站立比双腿站立消耗的能量更少这一想法非常令人兴奋，”Chang说。

“这是违反直觉的，因为我们通常认为单腿站立非常困难，并且倾向于将困难的事情与消耗更多能量联系起来。”

研究人员表示，这项研究可以帮助解释为什么许多其他鸟类也单腿站立。

“它也可能在启发设计更高效的仿生腿和动力假肢方面有一些重要的应用，”Chang说。

目前尚不确定火烈鸟单腿站立是为了减少肌肉活动、节省体温，还是两者兼有，抑或是两者都不是。Ting说，研究人员需要对活体鸟类的肌肉活动和热量损失进行更直接的测量，以进一步检验这些想法。

Chang和Ting于5月24日在《生物学通讯》杂志上在线详细介绍了他们的研究成果，但这项研究是在Chang和Ting的业余时间进行的，没有直接资助。

“这是一种爱的劳动——仅仅为了了解大自然的运作方式而进行科学研究，”Chang说。