假设我用生物技术制造一种能飞的鸟，其最大体重能有多少？ 第1页

鸟的身体结构、飞行原理、地球生物的材料性能对最大起飞重量有影响。生物学一般认为身体密度比空气大、靠拍动翅膀获得升力的鸟的最大起飞重量会先撞到代谢率限制，暂时不用考虑材料强度限制。

根据空气动力学，在不考虑上升气流托举的情况下，鸟平飞时保持升力与体重平衡需要的速度 v 与体重 M 和翅膀表面积 A 有如下关系：

g 为重力加速度，CL 为升力系数，对正常的形状来说接近1；ρ 为空气密度。

对给定身体形状的鸟来说，M 与身长或翼展的立方成正比，A 与身长或翼展的平方成正比，CL 通常接近 1，可以看出平飞需要的速度 v 与体重 M 的 次幂成正比。

同时，在不考虑上升气流托举的情况下，在空气中飞行受到的阻力 F 与速度 v 和身体正面投影面积 B 有如下关系：

CD 为阻力系数，对流线型物体来说通常接近 0.1；ρ 为空气密度。

扑翼飞行所需的功率 P=Fv，P 与速度 v 的立方成正比、与身体正面投影面积 B 成正比。对给定身体形状的鸟来说，B 与身长或翼展的平方成正比。与上面算出的“速度 v 与体重 M 的 次幂成正比”结合，可以看出平飞需要的功率 P 与体重 M 的 次幂成正比。

地球生物的体重增加时，变动后的代谢率通常与体重的 次幂成正比，你看看这两个系数与1的大小关系就可以直观地知道：

随着体重的增长，身体密度比空气大、靠拍动翅膀获得升力的鸟进行扑翼飞行需要的功率，会比身体能提供的功率更快地增长。

• 假设一种鸟在体重 1 千克的时候就可以飞、在成长过程中体重达到 100 千克仍然可以飞、成长过程中身体的形状接近等比例缩放，在长到 100 千克之后，这种鸟扑翼飞行需要的功率是体重 1 千克时的 215.44 倍，而其身体能提供的功率约为体重 1 千克时的 31.62 倍。
• 如果在体重 1 千克的时候这种鸟的身体能提供的功率是飞行所需的 10 倍，那么在长到 100 千克的时候就只有 1.47 倍了，显然其飞行能力变弱了不少。
• 251.2^(7/6)/251.2^0.75≈10.0002，这种鸟在体重达到 251.2 千克左右的时候就无法依靠扑翼飞行了。当然，依靠上升气流托举可以让这种鸟在这种情况下进行滑翔。你可以预期允许这种鸟飞起来的体重极限在 300 千克附近。

现实中的鸟并没有上面给出的那么强壮。C.J.潘崔克等不同的学者用风洞吹了鹅之类的鸟，得出的鸟类扑翼飞行体重上限在 20 千克到 70 千克不等。

不过，“用生物技术制造”是可以从限制因素上找突破口的：

“身体密度比空气大、靠拍动翅膀获得升力”不是“鸟”的定义所需。

你可以看看地球上现存的鸟身上的气囊。那是伸出肺外、分布于内脏间的膨大的膜质囊，有的通入肌肉间、皮肤下面、骨腔内，军舰鸟求偶用的红色气囊也是的了。

给鸟搞些“制造甲烷或氢气、储存在身体各处的大型气囊里”所需的基因，让其身体密度可以调整为等于空气或低于空气，它的体重就不再受到上述计算的限制了，你要考虑的东西变成了“靠地球生物的身体材料，在身上展开的气球可以有多大的载重能力”。

鸟类轻而坚固的骨骼可以对气球进行加固、允许远远超过常见橡胶气球的尺寸，我建议你直接套用齐柏林飞艇的数据：约 232000 千克。

能不能再给力点？

你可以看看大型黏菌、大型管水母是如何将身体各部件连接在一起的。

一只鸟可以持续生长出连接在一起的独立空气动力学部件。连接所用的细胞束可以高度特化为极轻盈、可拉伸的蛋白丝，允许这克隆连接生物像北美旅鸽的巨型群体那样活动，每个部件有自己的升力获取能力、神经中枢、消化系统，多个部件配合进行觅食。限制这东西的体重的因素是地球表面积和地球生物圈的生产者的总生产能力，以及你的生物技术。

不搞得让“上帝”太没面子的话，可以套用北美旅鸽巨型群体的数据：约一百零五万吨。