雄性沙漠沙鸡可能没有什么好看的，但是它腹部的羽毛使它具有吸收和携带水的独特能力。研究人员首次仔细检查了羽毛的结构，以了解它们是如何吸水的，以及这一过程是否可以为人类所用。

当你想到羽毛的时候，你可能会想到它们排斥水的能力。但雄性沙漠沙鸡的腹部羽毛却不是这样。它可以来到一个水坑，将水吸收到它的羽毛中，在沙漠中飞行超过12英里（20公里），并且仍然有足够的水来满足自己的巢穴所用。当你考虑到它在以大约40英里/小时（64公里/小时）的速度飞行时，可以保持大约15%的体重在水中，这是一个惊人的成就。

1896年，鸟类学家和保护主义者埃德蒙-米德-瓦尔多首次注意到沙鸡的载水能力，当时他正在圈养这种鸟。可悲的是，当他向其他人报告他的发现时，没有人相信他。直到1967年，汤姆-凯德和戈登-麦克林在《秃鹰》杂志上报告了他们对沙鸡在水坑的观察，科学界才注意到。

现在，来自约翰霍普金斯大学和麻省理工学院的研究人员利用现代高分辨率显微镜和三维技术，获得了一个从未见过的关于这些羽毛的保水能力的外观。他们使用了一只雄性成年纳马夸沙鸡的腹部羽毛，该沙鸡常见于纳米比亚、博茨瓦纳和南非。

通过使用扫描电子显微镜、微型计算机断层扫描、光学显微镜和三维摄像，研究人员能够观察到腹部羽毛的轴，其宽度只有人类头发的一小部分，以及更小的倒钩。这些微小的钩子提供了机械结构和空气动力学的完整性。

干燥的纳马夸沙鸡腹部羽毛内部区域的扫描电子显微照片，显示出钩轴、与钩轴相邻的钩体的螺旋线圈以及钩体在螺旋线圈之外的直的纤维状延伸。

然后，他们研究了将干燥的羽毛浸入和浸出水的过程，并在极大的放大镜下观察羽毛的结构吸收液体的情况。

"当你做这种工作时，你甚至不能呼吸，否则你就会把它吹走，"该研究的共同作者约亨-穆勒说。

一般来说，鸟类的羽毛有一个中心轴，上面有更小的倒钩，而这些倒钩上又有更小的倒刺。但是在干燥的沙鸡羽毛中，羽毛的内侧区域的倒钩在其底部呈螺旋状盘绕，然后伸直。在外区，倒钩是直的，而且长得多，呈流苏状排列。

研究人员发现，在潮湿的羽毛中，内区的倒钩小而灵活，因此，表面张力足以使直的部分弯曲成撕裂状结构，以保持水分。外区的倒钩和倒刺卷曲在内区的结构周围，帮助保持水的位置。在干燥时，这些结构又恢复到它们的原始形式。

穆勒说："看到大自然如何设法创造出如此完美有效的结构来吸收和保持水分，这超级令人着迷。从工程的角度来看，我们认为这些发现可能会导致新的生物启发的创造。"

虽然以前认为表面张力使羽毛能够保持水分，但这项研究表明，羽毛各部分的灵活性才是关键所在。

研究人员说，这项研究的发现可能会导致有用的人类应用。例如，在沙漠地区，如智利的阿塔卡马沙漠，那里缺水，但经常出现雾和露水，羽毛结构的适应性可以被纳入集水网中。

"你可以想象这可能是改善这些系统的一种方式，"该研究的共同作者Lorna Gibson说。"具有这种结构的材料可能会更有效地收集雾气和保持水。"

另一个潜在的用途是设计一个水瓶，它可以容纳大量的液体，但当有人在慢跑时，依靠羽毛结构来保持水的移动，例如，慢跑。

穆勒说："这就是让我们感到兴奋的地方，看到这种程度的细节，这是我们需要了解的，以便利用这些原理来创造新材料。"

研究人员打算3D打印类似的结构，为他们的发现寻求商业应用。这项研究发表在《皇家学会界面杂志》上。