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Apenas um mamífero é capaz de voo verdadeiro: o morcego, do qual existem cerca de 1.200 espécies estimadas ao redor do mundo. Outros mamíferos que podem vir à mente — esquilos-voadores, por exemplo — não voam de fato; eles planam. Morcegos, por outro lado, são os únicos na classe dos mamíferos em sua capacidade de bater asas para criar impulso para movimento ascendente e voo sustentado.
Morcegos devoram insetos praga em grandes quantidades e são essenciais para a polinização de muitas plantas ao redor do globo. Um pequeno morcego come cerca de 1.000 mosquitos ou insetos de tamanho similar em uma hora; uma fêmea grávida ou lactante come seu próprio peso corporal em insetos no jantar. Uma ordem diversa de mamíferos (Chiroptera), os morcegos têm uma faixa de tamanho considerável: minúsculos morcegos abelha pesam menos que uma moeda, enquanto morcegos raposas-voadoras têm envergadura de até 1,8 metros.
Algumas espécies não são realmente "cegas como morcegos"; algumas veem bem e o resto pode ver, embora algumas apenas mal. Não importa o quão bem qualquer espécie veja, todos voam e caçam excepcionalmente bem, mesmo na escuridão total, e sem se enroscar em seus cabelos como clichês de filmes retratam. Morcegos emitem vocalizações de alta frequência e determinam o tamanho, localização e outras características dos objetos pela forma como seus sons ecoam de volta. Este sistema de sonar, ecolocalização, permite que os morcegos naveguem em voo e localizem presas. Com ele, podem detectar algo em sua vizinhança tão fino quanto um único fio de cabelo.
Morcegos passam a maior parte do dia literalmente pendurados em seus abrigos e dormindo, alçando voo ao entardecer e se alimentando durante a noite. Muitas espécies de morcegos usam suas capacidades de voo para migrar. Algumas espécies vão para o longo curso, viajando do sul do Canadá para a região da Costa do Golfo no inverno. Numerosas espécies voam para locais de hibernação adequados dentro de 480 km de seu lar.
O planar dos mamíferos pode ser confundido com voo, mas não é o mesmo. Tecnicamente, planar é definido como movimento descendente pelo ar em um ângulo inferior a 45 graus. Mamíferos planadores, que dependem principalmente de membranas de pele para cavalgar o ar, não podem criar impulso ascendente. Esquilos-voadores são talvez os mamíferos planadores mais conhecidos, mas existem outros, como possums planadores. Os colugos, também conhecidos como lêmures-voadores, do Sudeste Asiático são um exemplo menos familiar de mamíferos planadores. Além disso, numerosos répteis planadores existem, incluindo vários tipos de lagartos e sapos. Esses animais planam com finas membranas de pele presas às pernas ou entre os dedos.