（莘莘深/译）“严寒”预警一直没有停下过，在听了一整天的预警并研读了各种照相器材说明书以弄清它们的最低工作温度之后，我还是决定按原计划进行拍摄。经过几小时的雪中跋涉我到达了数英里外的森林湖，就着二月渐浓的暮色，我艰难地在林冠层中架好了闪光灯和高速摄像机。这个森林湖坐落于蒙大拿州的鲍勃·马歇尔联合荒原（Montana’s Bob Marshall Wilderness）的边缘。这个湖畔是栖息此地的雌性北美飞鼠（Glaucomys sabrinus）的主要活动走廊，根据前几晚的经验，我预计我的夜行研究对象会在凌晨2点20到凌晨2点50之间渡湖。

夜凉如水，小飞侠开始活动啦

届时，气温会低至零下34摄氏度左右，极有可能造成相机失灵。但我愿意赌一把，因为我知道这将是一场震撼的夜空表演。在蒙大拿，二月标志着北美飞鼠交配季节的开始。通常在这期间的晚上，每只雌性鼯鼠都会在一个吵吵嚷嚷的雄性鼯鼠小分队的护送下穿过森林。这些精力充沛的雄性鼯鼠和它们令人眼花缭乱的空中求偶追逐场面就是我力图摄制的内容。

呀，被发现了。

滑翔，没有你以为的那么容易

直到不久前，鼯鼠都被认为是被动滑翔者。它们毛绒绒的翼膜从脖子覆盖到前肢，并从前肢再覆盖到后肢。人们认为它们只是利用这层可扩张的翼膜在树冠空隙中进行加长版的跳跃，以及减轻着陆时的冲击力。被动滑翔时，只能沿着线性路径做下降运动，纸飞机便是如此，利用垂直距离换取水平距离。尽管这样的滑翔是最轻易的运动方式，但它也是最不稳定的。因为姿态、两翼对称性或者重量分布的任何变化都有可能扰乱滑翔，造成不可控的坠落，就好比一架纸飞机突然某一侧负重，或者一侧的机翼突然变换了形状一样。

但是当科学家们开始在实验室中对鼯鼠进行研究后，他们很快就发现这个物种的飞行与被动或恒定毫不相干。研究人员最终发现鼯鼠对空气动力学的操控手段和飞行模式种类繁多，超过其他任意一种可以滑翔的动物。在单独一段飞行中，一只鼯鼠可能会分别使用多种飞行控制技巧，不同的鼯鼠还会使用不同的方法组合——令负责标记飞行模式的研究生和研究助理们感到绝望。讽刺的是，唯一一种没有被观察到的飞行方式就是被动滑翔。

随着越来越多鼯鼠飞过风洞和封锁的生物系走廊，人们清楚地认识到它们对基本空气动力学约束的无视。比如，科学家会经常看到鼯鼠以一个超高“攻角”随风飘去。攻角是机翼——这里指翼膜——和迎面气流方向的夹角。一般地，攻角到达15至20度，飞机就会失速。鼯鼠随随便便就会达到60度的攻角，即使是对最先进的喷气式飞机来说，这个角度也远高于令其失速坠机的数值。机翼前缘上下气压差造成的涡旋是飞机升力的主要来源，这些涡旋在攻角很大的时候会大幅下降，升力的缺失就导致了飞机失速。显然，鼯鼠的“翼”是个例外。

另外一项挑战了滑翔的基本空气动力学的发现是鼯鼠可以负重飞行，却不必妥协飞行高度和轨迹。通过实验科学家们发现，产生6倍于自身体重的升力对于鼯鼠来说稀疏平常，有了这项绝技，它们可以在飞行过程中携带偷来的花生酱三明治，或者在更自然环境下，带走巨大的松球。实际上，即使是怀孕后期鼯鼠的飞行能力也不会受到影响。

实验研究还发现鼯鼠可以以惊人的高速飞行，它们在飞行过程中控制加速的能力令人费解。高速的好处很明显：提高的速度可以增强机动性，这对于需要在夜晚穿越障碍重重的森林的动物来说至关重要。然而，已知的鼯鼠飞行速度要远远超过滑翔本身可以产生的速度。在鼯鼠小小的身体内部隐藏着一种神秘的机制，无需振翅或内燃机就可以产生超乎寻常的升力，媲美动力飞行。

双飞鼠来也。

以上这些发现表明，让鼯鼠去完成那些简单的实验室挑战实在是大材小用。无论是从一根木头跳到另一根木头上，还是在实验员的引导下从台阶上滑行下来，都不足以让它们施展自己的飞行才华。所以，我需要在野外从事我的研究。在这里，飞行能力事关生死，至少事关交配的成功与否。这就是我在这个冰冷的二月中旬的夜晚来到蒙大拿西北部森林的原因。

森林湖畔，无与伦比的飞行表演

夜晚的湖畔，刚过凌晨两点三十分，几乎满月，我观赏了一场终生难忘的空中表演。开场是两只追逐的雄性鼯鼠，在我头顶高耸的云杉上部踏起的一片雪雾。一只雄性没有抓住树枝，俯冲越过了湖面，第二只鼯鼠迅速加速，紧随其后。两只雄鼯鼠着陆后在湖对岸的树冠高层继续它们的争吵，看起来它们滑翔了至少50米而没有太多高度损失。

滑翔50米毫无压力啊。

接下来很快地，我发现一只雌性鼯鼠静静坐在我上方覆盖着积雪的树枝上。她在树冠中层，面朝树干，检视着一只有可能是今天早些时候一只红松鼠留下的大松球。几秒钟之后，第三只雄性从旁边的树上张开翼膜降落下来，在他几乎垂直下降的最后阶段，鬼使神差地方向一转，刚刚好落在这只雌性下方的树干上。过了不久，这只雌鼯鼠蜷起身体，以40度角用力一跳，身体展开四肢伸直，纵身跃入高空。

看我这柔韧性。

在接下来大概一秒钟的时间里，她的翼膜保持完全收起，变得扁平的尾巴维持垂直，提供额外的升力。当她到达弹跳的最高点，闪光灯照亮了她的每个动作：她展开了翼膜，身体和尾巴上的银色皮毛完全压扁，她仿佛定格了几个瞬间，随后优雅地越过白雪覆盖的湖面，消失在视线之中。在几分钟之内，我看到了偶然间冒起的雪雾，听见了压低的争吵声回荡在结冰的湖面。接着，这群鼯鼠就这样消失在黑夜之中，夜晚恢复一片寂静。

翼尖和翼膜，人类工程师的终极梦想

在接下来的几周，我会一帧一帧地分析我捕捉到的精彩表演，解读鼯鼠们用以解决重大空气动力学问题的优雅方法，有些实验研究已有所揭示，而有些我们还不得而知。首要的未知问题在于鼯鼠对“翼尖”的广泛运用，翼尖是手腕外侧突出来的一根软骨，类似一根很长的第六指。这个特征在20年前首次由史密森尼学会的哺乳动物学家理查德·索灵顿（Richard Thorington）描述，他猜测这种翼尖与现代喷气式飞机的小翼作用类似。自从NASA在20世纪70年代开始采用小翼以来，这些安装在机翼末端的垂直金属片引发了航空技术的革命。鼯鼠早在2000万年前就进化出这种翼尖，并一直不断完善对翼尖的运用。

对于鼯鼠和飞机来说，翼尖的作用都是转移和留存沿两翼前缘产生的大涡旋，并且借此产生大量升力。但鼯鼠与飞机的一个关键区别在于，它可以独立地动态控制左右翼尖，在飞行中根据需求折叠或者伸直它们，以调整滑行的速度和轨道。这使得它们可以在半空中急转弯以避过障碍或者进攻的猫头鹰。

一代又一代的演化中，自然选择打磨出了鼯鼠的空气动力学性能。虽然空气涡旋会在滑行过程中自然形成，鼯鼠又更进一步，它们可以积极地产生更多涡旋，同时利用一种天才的适应方法增大升力。人类工程师于1969年“山寨”了这种适应方法，设计出了世界上第一台超音速飞机。不同于多数的滑行哺乳动物，鼯鼠的脖子和手腕之间有一层额外的皮毛薄膜，这可以用来将气流导入后面的主翼膜。这部分翼膜可以向下弯曲，引导气流并在起飞时产生显著的向前加速度和升力，可以在高速追逐时收缩，或在长距离滑行的时候展平与主翼膜融为一体。在单次飞行中，鼯鼠可以结合数种上世纪人类航空工程师顶尖发明的原始版本，从鸭式超音速飞机无缝切换到灵活的喷气式飞机再到翼身融合飞机。

哇，抓到了一个好果子。

接下来就是鼯鼠的终极秘密武器，翼膜本身。在每只鼯鼠的发育初期，它就像是一大块后肢和前肢之间多出来的皮，这让一窝的鼯鼠小宝宝看起来极其像一摞煎饼。随着年轻鼯鼠的成长，在与超大翼膜匹配起来的过程中，各种肌肉和神经群会填充翼膜。这样的结果是翼膜的分布式控制，一些肌肉受局部神经控制而另一些肌肉受远处的中央神经控制。

这种分布式控制的重要性在于鼯鼠可以独立调节左右翼膜各处的弯曲度和刚度。局部的拉伸感受器检测到的气流细微变化会发出神经信号，使得翼膜可以部分坚硬、部分柔软。结合多种四肢运动，这种局部控制让松鼠可以在空中追逐中主动调节翼膜的宽度、形状和刚度——从长距离滑行中的一片完全展开的薄膜，到极速下降最后减速时的一个完全鼓起来的毛茸茸的降落伞。设计一块可以随局部气压和气流的细微变化而即时调节刚度和配置的机翼还是人类航空工程师的梦想。

翼膜的肌肉还控制着翼膜边缘一些特化的毛发的方向。比如，翼膜前缘的超长硬毛发通常在起飞和着陆时变化不同角度，产生微小的涡旋随即会被捕获在翼膜表面以提供升力。翼膜侧面这样的一组毛发同样可以在飞行过程中产生大量局部气流——结合柔软的翼膜表面——这些毛发可以为滑行中翼膜边缘的涡旋创造一个移动通路。

从我们的实地观察可以很清楚地看出，飞行中的升力和加速变化与翼膜的鼓动变化，特别是翼膜表面的波动密切相关。难以置信的是，鼯鼠似乎可以把捕获的涡旋主动地导向翼膜各处。人类工程领域最近似的存在是倾转旋翼机，比如V- 22鱼鹰，倾度可变的螺旋桨安装在固定机翼上，这样可以结合传统飞机的速度和巡航能力以及直升机的升力和起飞灵活性。但这其中的关键区别在于鼯鼠可以根据气流气压的细微变化即时调节“螺旋桨”的尺寸、数量和位置，这是航空工程师遥不可及的成就。

在自然面前，人类还是个孩子

漫长的田野考察结束后，我在大瀑布城国际机场等待回亚利桑那大学的飞机。候机时我参观了那里的飞机模型展览，那是规模最大的私人收藏之一。大部分航空动力学设计都被包括了，既有人们熟悉的协和式三角翼和B2隐形轰炸机的翼身融合，也有不那么为人熟知的可变后掠翼设计，这种技术可以在飞行过程中把战斗机变成远程巡航机，此外我还看到了造型古怪有两对翅膀的鸭翼飞机。

浏览飞机模型之际，我试图想象如果换作是动物飞行设计的展览会是什么样子。你也许会觉得这样的展览规模庞大，因为自然用了十亿年的时间试验了各种方法让形形色色的动物——从昆虫、青蛙、爬行动物到哺乳动物——飞了起来。然而事实并非如此。因为在演化的历程中，一种代表性的动物飞行专家也许积攒了许多冗余的应对措施来处理空气动力学方面的问题，这些方案有的近乎完美，有的只能算半成品，但它们或多或少都在动物们的飞行中发挥着作用，同时还保证了进一步的适应能够持续而不间断地进行。最终结果就是，大自然的飞行方案兼具功能多样性和出色的稳健性，这样昂贵的组合在人类工程中尚未达成。鼯鼠就是最好的例子，那小小的、毛茸茸的一团所具备的空气动力学特征轻松囊括了多个摆在我面前的展品：重型运输机，灵活的军用战机，倾转旋翼机，伞翼机，以及很多我们尚未研发出的新技术。

文中图片全部由Alexander V. Badyaev拍摄。

题图来源：http://www.biographic.com/posts/sto/moonlight-gliders