胡兀鹫（左）用3个月长出最长的初级飞羽；而蓝点颏完成这一切的时间不到3周。

（图片提供: Marek Szczepanek，Richard Bartz）

飞鸟一般长不了太大。一旦达到一定的体重，它们在起飞时便无法控制肌肉的力量。然而根据一项新的研究，另一个因素在大型鸟类飞行时也起到了至关重要的作用。研究人员发现，与小型鸟类相比，前者往往要用更长的时间来更新它们的羽毛。

飞鸟的体重最高可以达到约15公斤，一些天鹅、鹈鹕和其他一些鸟类能够长到这么大的体型。这些大型鸟类生有更大的翅膀、更大的飞行羽毛，以及不同的换羽方式。由美国西雅图市华盛顿大学和圣路易斯市密苏里大学的研究人员进行的一项观测表明，羽毛可能最终限制了鸟类的体型大小。

当构成鸟类翅膀表面的长的初级飞羽正在生长时，它们并不能很好地飞行。因此，研究小组对记录个体种羽毛生长速度测量结果的文献进行了分析，同时他们还测量了1774具博物馆鸟类标本的羽毛长度。研究人员报告说，尽管大型鸟类的羽毛长得很快，但其生长速度的增加并没有超过鸟类体重的增长速度。因此，大型鸟类的羽毛再生在时间的长短上是不成比例的。研究小组在6月16日出版的《科学公共图书馆—生物学》上报告了这一研究成果。

这意味着大型鸟类不得不进化出不同的换羽模式来处理那些发育迟缓的羽毛。大多数体重超过3公斤的鸟类会让它们的飞羽待得更久一些——这些鸟类大约2到3年换羽一次；其中一些鸟类为了加速换羽还会让每只翅膀不时褪掉几根羽毛。而一些大型的水鸟，例如鸭子和天鹅，会一次换掉所有的羽毛；它们通过游水依然能够找到食物。研究人员推测，那些有史以来最大的飞鸟——600万年前生活在南美洲的体重达70公斤的猛禽，可能会一次换掉全部的飞羽，而在重新长出飞羽之前，这些大型鸟类会依靠体内储存的蛋白质来过活。

在换羽期间，大型鸟类不得不凭借不完善的翅膀到处活动，这也就意味着它们在寻找食物或躲避天敌的过程中会遇到更多的麻烦。研究人员认为，这或许能够解释为什么我们今天再也看不到那些体重达70公斤的猛禽在天上飞来飞去。

并未参与该项研究的瑞典Umea大学的进化生物学家Folmer Bokma指出，了解使用破旧的羽毛飞行——正如鸟类在换羽过程中所遭遇的一样——如何对健康造成影响是一件很有趣的事。

美国密苏拉市蒙大纳大学的比较生物机械学家Bret Tobalske对这项研究所采用的方法表示赞赏。Tobalske指出：“羽毛与鸟类体型大小也有关系，这确实是一个非常新的观点。”

推荐原始出处：

PLoS Biol 7(6): e1000132. doi:10.1371/journal.pbio.1000132

Allometry of the Duration of Flight Feather Molt in Birds

Sievert Rohwer1*, Robert E. Ricklefs2, Vanya G. Rohwer1¤, Michelle M. Copple1

1 Burke Museum and Department of Biology, University of Washington, Seattle, Washington, United States of America, 2 Department of Biology, University of Missouri-St. Louis, St. Louis, Missouri, United States of America

We used allometric scaling to explain why the regular replacement of the primary flight feathers requires disproportionately more time for large birds. Primary growth rate scales to mass (M) as M^0.171, whereas the summed length of the primaries scales almost twice as fast (M^0.316). The ratio of length (mm) to rate (mm/day), which would be the time needed to replace all the primaries one by one, increases as the 0.14 power of mass (M^0.316/M^0.171 = M^0.145), illustrating why the time required to replace the primaries is so important to life history evolution in large birds. Smaller birds generally replace all their flight feathers annually, but larger birds that fly while renewing their primaries often extend the primary molt over two or more years. Most flying birds exhibit one of three fundamentally different modes of primary replacement, and the size distributions of birds associated with these replacement modes suggest that birds that replace their primaries in a single wave of molt cannot approach the size of the largest flying birds without first transitioning to a more complex mode of primary replacement. Finally, we propose two models that could account for the 1/6 power allometry between feather growth rate and body mass, both based on a length-to-surface relationship that transforms the linear, cylindrical growing region responsible for producing feather tissue into an essentially two-dimensional structure. These allometric relationships offer a general explanation for flight feather replacement requiring disproportionately more time for large birds.