昔日有翼的巨人无法动态翱翔

唉,化石动物的行为并没有石化

古代有翅膀的动物是如何飞行的,其翼展是现代最大鸟类的两三倍? 这个问题还没有确切的答案。 来自日本和法国的一组科学家使用空气动力学模型来评估已灭绝的巨人——古鸟 Argentavis 和 Pelagornis 以及翼龙 Pteranodon 和 Quetzalcoatl 的翱翔飞行特性。 将这些估计与现代鸟类的估计进行比较,研究人员得出结论,翼展为 6 至 7 米的古代鸟类和体型大致相同的翼龙很可能利用上升气流在空中翱翔(这就是所谓的静态翱翔) ,但翼展十二米的巨型翼龙已经出现了翱翔飞行的问题。

纵观我们星球的历史,积极飞行的能力在各种动物身上反复发展,从微小到真正巨大。 因此,地球历史上最小的飞行动物被认为是一种现代的微型黄蜂骑手。 荸荠. 这些 ichneumons 的雌性只有 550 微米长,不多 纤毛虫鞋,无翅和失明的雄性大约要小三倍。 至于天平对面的记录保持者,那里的“宝座”无疑是被巨人占据了 翼龙类:它们的翼展达到 11-12 米(例如,在 翼龙),这与轻型飞机的尺寸相当 如何–12.


“扑翼机”起飞

如果没有关于用现代碎屑飞行的可能性的问题,那么已经灭绝的巨人,其中只有石化的骨头被保存了一个世纪,迫使科学家们试图解释这些巨大的生物如何不仅能够起飞,但也要留在空中(E. H. Hankin, D. M. S. Watson, 1914。 关于翼手龙的飞行)。 使用全尺寸动物模型进行的第一次生物力学研究的结果表明,一只 80 公斤重的翼龙很可能留在空中,在气流中盘旋(P. MacCready,1984. 伟大的翼龙计划)。 然而,现在对巨型翼龙的重量估计已经大幅上升,人们相信,比如说, 格查尔科特尔 (羽蛇神) 具有 12 米翼展的重量至少应为 200 公斤(D. M. Henderson, 2010. 来自 3D 数学切片的翼龙体重估计)。

在此之后,意见分歧:虽然一些科学家认为羽蛇神和类似的巨型翼龙是不会飞的陆地掠食者,但其他人则认为它们具有出色的飞行能力和在空中停留数天的能力,飞行距离可达 19000 公里(M. P. Witton , M. B. Habib,2010 年。 关于巨型翼龙的大小和飞行多样性、鸟类作为翼龙类似物的使用以及对翼龙不能飞行的评论)。 当然,后一种可能性必须与羽蛇神翱翔的能力有关,就像最大的现代鸟类一样,它们大部分时间都使用风能或上升的热通量飞行(K. Sato et al., 2009. 海鸟翱翔的尺度及其对巨型翼龙飞行能力的影响)。 但这个巨人,是否也能像其他已灭绝的巨人一样,在空中翱翔?

要回答这个问题,我们首先要记住现代鸟类有两种主要方式 飙升: 动态和静态。 在动态翱翔中,一只鸟利用不同高度的风速差异在空气层之间移动以保持自己的飞行速度:这就是有多少海鸟用长而窄的翅膀飞行,例如信天翁。 首先,它们顺风滑行,加速,在靠近水的地方,由于水的摩擦,风速降低,它们逆风转身,再次上升,那里的空气流动得更快。

静态飙升是由于气流上升而进行的:这些可以是 热气流,温暖的气流,或者只是出现在各种地面障碍物(如山脉或森林)上的上升气团。 在上升的溪流的帮助下盘旋上升到很高的高度,然后这只鸟开始慢慢滑下,使用它长而宽的翅膀,例如在鹰身上可以看到(见新闻鱼鹰使用上升飞越海面时的气流,“元素”,2019 年 1 月 19 日)。

每种类型的翱翔对机翼的面积和长度以及它们的负载都有自己的要求。 因此,在了解了现代飞翔鸟类的相应指标后,科学家们决定找出灭绝的物种是否能够以这种方式移动。 四只有翼的古代巨人变成了“豚鼠”——两只鸟和两只翼龙: 阿根廷人 (; 翼展约7米的中新世鸟类), 天竺葵 (天竺葵; 翼展约7米的渐新世鸟类), 从翼翼龙 (无齿翼龙; 翼展约6米)和 格查尔科特尔 (翼展约9米)。

为了比较,选择了几种具有不同翱翔能力的现代鸟类:例如, 流浪的信天翁 (流亡中的狄俄墨得斯; 翼展约3米)是动态翱翔的“专家”, 加州秃鹰 (Gymnogyps californianus; 翼展 2.75 米)和 华丽的护卫舰 (华丽的护卫舰; 2.3 米的翼展)更喜欢静态翱翔,而 非洲鸨 (阿尔迪奥蒂斯合唱团; 翼展 2.5 米)几乎没有悬停能力。 我注意到所有给出的数据都来自正在讨论的文章,​​实际上,羽蛇神翼的翼展可能会更大一些(M. P. Witton, M. B. Habib, 2010. 关于巨型翼龙的大小和飞行多样性、鸟类作为翼龙类似物的使用以及对翼龙不能飞行的评论)。

非洲大鸨是现代最重的飞鸟。

为了了解灭绝动物可能使用哪种类型的翱翔,科学家计算了它们飞行的各种指标,例如持续翱翔所需的最小风速和滑翔比,即动物行进的距离与高度的比率它为了克服它而失败。 之前研究人员获得的一些数据被考虑在内,但可以根据更现代的飞行方式数据进行调整(例如,发现翼龙在低速飞行时效率最高,它们的翼膜不能承受高- 高速飞行;C. Palmer,2010。 慢动作飞行:翼龙翼的空气动力学,C. 帕尔默,2017 年。 推断翼龙翼膜的特性) 和已灭绝动物的大小。 由于对巨型翼龙的质量仍然存在分歧,作者使用了来自不同作品的几种估计。

使用运动方程计算翱翔动物的动力学,动态翱翔和热翱翔的计算过程不同。 科学家们使用物理模型和数值优化方法量化了飙升的动力和所需的风速。 这种方法是在工程领域开发的,为量化滑翔机和鸟类的飙升动力和所需的风条件提供了基础。 然而,尽管它很有效,但迄今为止唯一应用这种方法的动物是流浪的信天翁:它从未被应用于已灭绝的巨型飞行物。

根据作者的结论,已经灭绝的巨型鸟类和无齿翼龙只能进行热腾腾。

动态翱翔尤其“倒霉”:研究人员的计算表明,由于所需的极高风速和比所有现代鸟类更低的动态翱翔特性,Argentavis、Pteranodon 和 Quetzalcoatl 绝对不具备这种飞行能力。 对于 Pelagornis 来说,最终判决很大程度上取决于对体重的评估:在最大可能(40 公斤)的情况下,这只巨鸟也被证明“超出”了有效翱翔所需的特征,但即使体重只有 22公斤,Pelagornis 仍然是一个糟糕的翱翔者,在这方面不如信天翁。 虽然以前认为 Pelagornis 狭长的翅膀非常适合这种类型的翱翔(D. T. Ksepka, 2014. 最大的飞鸟飞行性能),新模型表明 Pelagornis 的翅膀对于有效的动态飞行来说太长了。

在热腾腾方面,所有已灭绝的物种都表现出很高的腾飞性能,其滑翔比可与现代物种媲美。 至于翱翔阶段,即顺着上升气流盘旋飞行的上升阶段,那么根据作者的计算,Pelagornis、Argentavis 和 Pteranodon 的特征不仅具有可比性,有时甚至优于它们的特征。今天的鸟。 在无齿翼龙的情况下,数据会根据动物的估计质量有所不同,但无论如何都符合现代飞翔鸟类的指标。 但另一只翼龙羽蛇神却不能这样说:它的翱翔能力极低,甚至不及非洲大鸨的表现,它很少飞翔,从不翱翔。

羽蛇神可能走了很多路

因此,作者进行的建模证实了先前关于 Argentavis 飞行方法的数据 (S. Chatterjee et al., 2007. 阿根廷中新世世界上最大的飞鸟 Argentavis 的空气动力学),指定了无齿翼龙的飞行方法(之前假设它能够动态和静态地翱翔)并完全改变了Pelagornis和Quetzalcoatl飞行的想法,其中一个结果是“再训练” ”进入热翱翔器,第二个一般“从能够翱翔的动物类别中剔除”。 以前,人们认为羽蛇神在空中移动主要是由于盘旋,因为它不能长时间扇动翅膀(M. P. Witton, M. B. Habib, 2010. 关于巨型翼龙的大小和飞行多样性、鸟类作为翼龙类似物的使用以及对翼龙不能飞行的评论)。 现在,考虑到它的盘旋能力可能比现代鸨还要差,我们只能假设这只巨大的翼龙只是短暂地在空中飞行,进行短暂而有力的飞行,在此期间它必须不断地工作它的翅膀。

考虑到羽蛇神对行走的适应性(M. P. Witton, D. Naish, 2008。 azhdarchid翼龙功能形态与古生态学的再评价),对长时间扑翼飞行的适应性不足,以及翼龙类的系统发育趋势—— 飞行效率下降(翼龙的飞行在进化过程中稳步提高,元素,2020 年 11 月 2 日),可以假设这些巨人的生活方式与老鹰和秃鹰不同,但是,比如说, 卡菲尔角乌鸦 (鸬鹚),大部分时间都在地面上,在那里寻找食物并与亲戚交流。 也许,如果不是因为 6600 万年前的大规模灭绝,阿兹达奇动物的进一步进化会导致一种完全不会飞的动物的出现,让人想起我们的鸵鸟。

当然,所获得的数据(这是研究作者承认的)不能被认为是绝对的:飞行生物的飞行特性在很大程度上不仅取决于动物的大小和质量,还取决于动物的古生态特征。他们居住的地区(例如,在峡谷中飞行将显着飞越平原),我们对古代动物飞行力学的理解在很大程度上取决于所选择的模型以及对其解剖特征知识的完整性。

资源: Y. Goto、K. Yoda、H. Weimerskirch、K. Sato。 已灭绝的巨鸟和翼龙是如何飞行的? 一种评估飙升性能的综合建模方法 // PNAS 连结。 2022. DOI:10.1093/pnasnexus/pgac023。

安娜·诺维科夫斯卡娅



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