许多鸟类的羽毛都能有效地排水，以至于“像鸭子背上的水一样”是一个常见的表达方式。更不寻常的是沙鸡的腹部羽毛，尤其是Namaqua沙鸡，它们吸收和保持水分的效率如此之高，雄性鸟类可以从20多公里远的水洞飞回巢中，羽毛中仍保留着足够的水分，供雏鸟在纳米比亚、博茨瓦纳和南非灼热的沙漠中饮水和自给自足。

那些羽毛是怎么工作的？虽然科学家们推断出了一幅大致的图像，但他们使用了最新的显微镜工具，并耐心地收集了沙鸡的羽毛，以解开羽毛能够保持水分的独特结构细节。研究结果今天发表在英国皇家学会杂志Lorna Gibson、麻省理工学院材料科学与工程教授、机械工程教授Matoula S.Salapatas和约翰·霍普金斯大学教授Jochen Mueller在一篇论文中写道。

吉布森说，沙鸡羽毛独特的携水能力最早是在1896年被E.G.B.米德瓦尔多（E.G.B.Meade-Waldo）报道的，当时米德瓦尔多正在圈养沙鸡。吉布森说：“他看到他们这样做，没人相信他！我的意思是，这听起来太奇怪了。”。

1967年，汤姆·凯德（Tom Cade）和戈登·麦克莱恩（Gordon MacLean）报道了对水坑中鸟类的详细观察，这项研究证明了这种独特的行为确实存在。科学家们发现，雄性沙鸡的羽毛在水中浸泡大约五分钟后，羽毛可以容纳大约25毫升的水，大约十分之一杯的水。

在雄鸟飞回巢半小时的过程中，大约一半的水分会蒸发掉，在那里，大约第一个月不能飞的小鸡会直接从羽毛中吸取剩余的水分。

吉布森说，凯德和麦克莱恩“参与了故事的一部分”，但当时还没有工具对羽毛结构进行详细成像，而这项新研究能够做到。

吉布森和米勒利用扫描电子显微镜、微型计算机断层扫描和视频成像进行了研究。他们从哈佛大学比较动物博物馆（Museum of Comparative Zoology）借来了Namaqua沙鸡的腹部羽毛，该博物馆收藏了大约80%的世界鸟类标本。

鸟的羽毛通常有一个中心轴，较小的羽支从中伸出，然后较小的羽枝从中伸出。然而，沙鸡的羽毛结构不同。在羽毛的内部区域，小枝在靠近其基部的地方有一个螺旋状的卷曲结构，然后是一个直的延伸。在羽毛的外部区域，小枝没有螺旋线圈，只是笔直的。这两个部分都缺少将其他大多数鸟类轮廓羽毛的叶片固定在一起的凹槽和挂钩。

在高倍放大的视频中，水通过专门的沙鸡羽毛扩散，显示了羽毛的小枝在变湿时的展开和扩散。最初，羽毛外部区域的大多数小枝形成管状特征。

图片来源：标本编号142928，哈佛大学比较动物学博物馆©哈佛大学校长和研究员。

当被弄湿时，小枝的卷曲部分会展开并旋转以垂直于叶片，从而产生密集的纤维森林，可以通过毛细作用保持水分。同时，外部区域的小枝向内卷曲，有助于将水保持在里面。

新研究中使用的显微镜技术可以测量羽毛不同部位的尺寸。在内部区域，倒钩轴大而硬，足以提供一个刚性基础，羽毛的其他部分围绕其变形，而倒钩小而灵活，表面张力足以将直延伸部分弯曲成可容纳水分的泪状结构。在外部区域，倒钩轴和倒钩更小，允许它们围绕内部区域卷曲，从而进一步保持水分。

虽然之前的工作表明表面张力产生了保水特性，但吉布森说：“我们所做的是测量尺寸，并进行一些计算，以证明这就是实际情况。”。她的团队的研究表明，不同羽毛部位的不同硬度对它们的持水能力起着关键作用。

吉布森说，这项研究主要是出于对这种独特行为现象的求知欲。“我们只是想看看它是如何工作的。整个故事看起来很有趣。”但她说，这可能会带来一些有用的应用程序。例如，在缺水但经常出现雾和露水的沙漠地区，例如智利的阿塔卡马沙漠，这种羽毛结构的一些适应性可能会被纳入用于收集水的巨型网系统中。她说：“你可以想象这可能是一种改进这些系统的方法。”。“具有这种结构的材料可能会更有效地收集雾并保持水。”

这项工作得到了国家科学基金会和麻省理工学院Matoula S.Salapatas材料科学与工程教授的部分支持。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。