会飞的恐龙,中生代天空中的霸主翼龙

什么是翼龙？

中生代时代跨越了2.51亿到万年前，通常被称为恐龙时代。但是，尽管那时恐龙在陆地上占统治地位，但他们并没有统治空中。相反，天空是一群完全不同的野兽在统治：翼龙。

翼龙是最早进化出动力飞行并征服空中的脊椎动物，远早于鸟类飞翔。它们盛行了超过1.6亿年，然后在约万年前的白垩纪末期与非鸟类恐龙一起消失了。在那个时期，他们进化出了任何动物、活着的或灭绝的动物中最极端的解剖学结构。这些空中捕食者中最小的是一只麻雀。而最大翼龙翼展可以与F-16战斗机媲美。许多翼龙的头部比身体大。翼龙在地球上的每个海洋和大陆巡逻，中生代的任何动物都不会对他们的视线感到安全。

自从翼龙灭绝后，翼龙没有留下活着的后代。古生物学家对翼龙的所有了解都来自化石记录。那个记录令人沮丧地支离破碎，使我们只剩下他们过去的辉煌一线，以及关于他们奇怪的解剖结构和命运的许多疑问。数十年来，古生物学家一直在为这些谜题而奋斗。

现在，新的化石发现与数学建模方法相结合，在此方法中，解剖结构被简化得足够简单，可以应用物理特性方程来获得强度，重量，速度等的最佳估计，最终产生了见识。科学家发现，翼龙比我们想象的还要特别。

翼龙飞翔的奥秘

翼龙持久的奥秘之一是该集团最大的成员是如何空降的。巨型动物，例如最早在德克萨斯州发现的Quetzalcoatlus和来自现代罗马尼亚的Hatzegopteryx，身高与长颈鹿一样高，翼展超过30英尺。这些动物的下颚长度是霸王龙的两倍。他们的上臂大约和普通人的躯干一样大。他们是真正的庞然大物，体重超过磅。

实际上，每个组中最大的翼龙之间的差异如此之大，以至于许多研究人员提出，最大的翼龙根本无法飞翔。其他人则建议他们可以飞行，但只能在非常特殊的空气和地面条件下飞行，例如，如果他们当时的大气比今天更稠密。毕竟，如此大小的鸟儿会飞起来似乎不可思议。实际上，超大型鸟类没有足够的力量将自己发射到空中。

但是翼龙不是鸟，的确，在过去的十年中，古生物学家对翼龙的发射和飞行能力进行了许多计算，不仅表明巨型翼龙可以发射和飞行，而且他们可能并不需要任何特殊情况。根据这些结论，以及从沉积岩的地球化学分析和植物化石的微观解剖分析中知道，白垩纪晚期（巨大翼龙的鼎盛时期）的空气和表面状况与我们今天所经历的没有显着差异。翼龙的解剖结构与众不同且独特。

动物必须具备三个条件才能飞行。第一个是强度与重量之比非常高的骨架，这转化为体积大但密度低的骨架。翼龙和鸟类都具有这样的骨骼：它们的许多骨骼都很空心。

大型飞行器需要的第二件事是最大升力系数高。该数字描述了给定速度和机翼面积时机翼产生的升力。在较高的升力系数下，动物可能会更重，因为它的翅膀会以较低的速度支撑更多的重量。反过来，这种关系意味着该生物在起飞时所需的速度较小，这在发射所需的肌肉力量上产生了巨大差异。膜翼，例如翼龙和蝙蝠，在单位速度和面积上比鸟类的羽毛翼产生更大的升力。这种额外的升力提高了低速机动能力，对于小动物来说，这有助于使转弯更紧密，对于大动物来说，则有助于起降。

第三个也是最重要的前提条件是发

射功率。即使拥有非常高效的大型机翼，大型飞行器仍需要产生许多跳跃力才能空降。飞行中的动物不会飞向空中，也不会利用重力从悬崖等高处起飞。机翼在低速时不会产生很大的升力，重力发射将意味着试图通过向错误的方向加速来起飞，这是一个危险的前景。取而代之的是，有力地跳跃提供了开始飞行的关键速度和高度。更大的跳跃功率产生更好的发射功率。因此，大型飞行器需要成为优秀的跳投者。

所有鸟类都是两足动物，这意味着它们只有后肢可用于跳跃。相反，翼龙在地面上是四足动物。他们的翅膀折叠起来，充当了四肢，因此成为了跳跃的肢体。许多精美保存的化石通道证实了翼龙解剖学的这一奇特方面。四足动物会极大地改变飞行动物的最大体型。翼龙不仅可以利用其后肢进行发射，而且可以利用其更大的前肢，从而使起飞的可用功率增加一倍以上。他们完美地结合了改编而成的空中庞然大物。

翼龙独特的头和翅膀

尽管总体上翼龙大小的奥秘最终可能会在很大程度上得到解决，但它们身体部位的相对大小仍然困扰着研究人员。翼龙的比例非常奇怪。所有翼龙的肢体元素比例都奇怪。例如，他们的手可能是整个脊椎动物世界中最专业的，其巨大的四指支撑着翅膀。但是，这本身并不特别令人惊讶，因为那只异常的手是翼龙翅膀和动物飞行能力所固有的。真正使科学家和爱好者迷惑的不是翼龙的翅膀而是头部。

甚至早期的翼龙也肯定有较大的头。在侏罗纪晚期，距今1.5亿年前的代表性物种Rhamphorhynchus的头几乎与它的身体一样长。然后在白垩纪，头的大小变得更加极端。相当典型的白垩纪翼龙上的头骨可能是体长的两倍甚至三倍（通常被视为肩膀和臀部之间的距离）。有些翼龙的头骨超过其身体长度的四倍。不过，这些动物的脑袋并不大。主要是面部和下巴膨胀到令人发指的程度。颌骨下方的骨突，颅骨顶部的高耸峰和其他细节进一步加剧了翼龙头骨的解剖结构。总体而言，头部似乎几乎是来自与身体不同的动物。

奇怪的地方不止于此。在包括人在内的大多数动物中，颈骨在脊柱中最小，而翼龙标本中的颈椎通常最大。实际上，颈部椎骨通常是躯干中椎骨体积的两倍。翼龙家族树的最新成员之一就是这种趋势的一个很好的例子。在某些物种中，颈部的长度是躯干的三倍，而头部的大小又是躯干的三倍，因此头部和颈部可能占翼龙总长度的75％以上。为什么会有那么可笑的动物比例？这样的身体计划如何对飞行的生物起作用？

专家们仍在研究为什么翼龙最终会有如此疯狂的解剖结构。如果与这些特质相关的成本通常不那么昂贵，那么拥有大量下颚来吃饭，并大张面孔向配偶和对手发出信号可能是许多动物的不错选择。例如，哺乳动物的脑袋很大，因此随着它们的整体尺寸变大，它们的头部变得非常沉重。翼龙可能已经跌入一个发育区，在那里面部的比例与头骨后背的比例不那么相关。这样一来，他们无需庞大的脑袋就能进化出庞大的颚骨。

翼龙的头骨也有额外的开口，其中最大的是眼前的窗孔。恐龙也有这个开口，但翼龙则更进一步，在某些情况下，开口变大了，因此躯干骨骼可能适合其中。这个开口在生活中会被皮肤和其他组织覆盖，可能在视觉上不明显，但是相对于其体积，它使头骨相当轻。头骨的骨头内部可能也有较大的空隙，类似于某些活禽的空气中充满骨头的骨头。

即使具有这些减轻重量的功能，翼龙的头部通常也是如此巨大，以至于它们仍然会很沉重。也许违反直觉，他们在飞行动物这一事实可能在这方面对他们有利。沉重的头部的主要问题不是体重的整体增加。而是头骨重量对动物的重心产生了不成比例的影响。巨大的头部，特别是如果安装在巨大的脖子上，会使重心向前移动很远。对于典型的步行动物而言，这会导致步态严重问题：前肢必须移入笨拙地向前位置才能使动物保持平衡。但是翼龙有大量专为飞行而设计的前肢。

翼龙行走时，这些前肢正好位于右侧，以承担头部、颈部和胸部的重量。步行过程中的大部分推动力来自腿部，因此翼龙可以将笨重的头部的重物握在多余的手臂上，并将自己与更正常大小的后肢一起推动。想象一下用拐杖走路的同时最小化两条腿的重量，您将同时抬起两条拐杖，让它们承受所有的重量，然后在它们之间向前摆动腿，着地并重复。这就是最长的翼龙的步态。

这种安排本来可以使步行步伐最有效，但它是可行的。像某些现代海鸟一样，翼龙特别长且狭窄的翼展可以连续飞行几个月甚至几年，中途只着陆以交配或产卵。翼龙翅膀可能是有史以来脊椎动物中最有效率的翅膀，因此飞行持续时间最长。

在空中，重心问题变得更容易解决。为了使动物在空中稳定，其举升中心和重心必须对齐。对于拥有超大头部和相应中心的生物来说，这似乎是一个很困难的问题。但是翼龙的举升中心靠近机翼的前部，这意味着动物只需要将翼从根部适当地向前倾斜即可使举升中心与重心对齐，前掠翅膀本身可能是不稳定的原因，但是翼龙翅膀的灵活性以及所有脊椎动物都拥有的快速小脑反射可能已经弥补了它的不足。

除了稳定性方面的挑战外，前掠翅膀还可以带来一些好处。一个是他们的技巧往往是翅膀失速的最后一部分。在通常以低速发生的失速期间，翅膀突然失去了大部分升力。尖端失速特别具有灾难性，因为它会迅速扰乱翅膀的尾流，严重损害推力和控制力，并急剧增加阻力。延迟失去升力的能力使着陆和起飞更加平稳，这对于大型动物而言非常重要。从这个意义上说，巨大的头实际上对于具有柔性翅膀的大型飞行动物而言是有利的：它使重心向前移动，这使翅膀向前扫掠，这这意味着动物可以飞行更慢，变得更大。

翼龙王朝之死

翼龙是大约万年来唯一具有动力飞行的脊椎动物。大约在1.5亿年前，在侏罗纪时期，第二组有脊椎的动物开始飞翔：羽毛化的恐龙。这群生物包括四翼生物，以及最杰出的飞行物：鸟类。到白垩纪早期，各种各样的鸟类与翼龙共享天空。尽管空中市场发生了这种变化，但翼龙仍继续在中型至大型飞行器中占主导地位，尤其是在开放的栖息地中。鸟类主要被限制在植被较小的地区。翼龙因此能够保持作为天空标尺的至高无上的地位。

但是，当一颗小行星在万年前坠入地球并杀死所有非禽类恐龙时，翼龙的统治也告一段落。迄今为止的古生物学发现表明，没有一个翼龙类穿越白垩纪末期。它们都灭绝了，大多数鸟类也灭绝了。

为什么翼龙的命运要比白垩纪末期的鸟更糟？原因之一可能是他们倾向于成长。在那个世界末日，几乎没有任何成年体重超过44磅的陆地动物能够幸免。而且，不仅庞大而且庞大，可能成本特别高昂。飙升取决于合适的天气条件。当小行星撞击时，它蒸发了地壳的一部分及其大部分物质，这种超能量的岩石金属云的再进入本质上使世界着火。全球的飞涨状况很可能在撞击后的一个月内就被摧毁了—足够的时间使需要飞涨吃掉的每只翼龙挨饿。

那些幸存下来的鸟可能已经能够吃到可以经受核式冬季的食物，例如种子。就像许多现代鸟类一样，它们也许也能够摆脱伤害。翼龙似乎不是种子专家，也似乎没有掘地能力，最终因为食物匮乏而灭绝。

尽管以灭绝而告终，但翼龙的故事却是成功的故事之一：它们是终极的空中巨人，它们进化出了令人眼花缭乱的一系列异常解剖特征，这些特征在之前或之后从未见过。从他们那里我们学到了很多关于动物形态和功能的限制。这些课程有助于我们了解地球的历史和生态的复杂性。他们甚至在鼓舞新技术，包括新颖的飞机设计。他们的化石记录是通往一个充满真实飞行怪物的旧世界的令人兴奋的窗口。

转载请注明：http://www.abuoumao.com/hyls/1540.html