导语:看了那么多电影,你真的了解恐龙吗?
关键词:走姿;兽脚亚目恐龙;鸟类
我们知道在几百万年前恐龙就统治着地球,但它们如何行走仍旧是一个谜。
我们的调查显示,一些恐龙的运动姿态与现代地面活动的鸟类的姿态有些许相似之处。我们观察了兽脚亚目恐龙,这是一种典型的像霸王龙一样用后肢走路的两足动物。
在《皇家学会界面》报纸上发表的研究中,我们将一组从美国维吉尼亚州(Virginia)库尔佩珀(Culpeper)的一个采石场发现的一个两亿一千一百万年前的兽脚亚目恐龙的脚印数据,与对应的人类及11种在地面活动的鸟类(例如鹌鹑、鸸鹋和澳大利亚丛林火鸡)的类似的运动数据进行比较。
这是首次在运动层面将3组两足动物进行比较。此外,我们还特地关注了步宽,即在运动过程中左右脚相隔的距离。
人类、鸟类和已灭绝恐龙的脚印。(图片来源:Christofer Clemente and Peter Bishop, Author provided)
对于现代物种我们直接进行测量,而对于已灭绝的兽脚亚目恐龙则用步长作为近似指标,从而将动物的步宽和速度进行了对比。
从走到跑
三组实验都反映了步宽与速度成反比。换句话说,动物跑得越快,左右脚越向中线靠拢,在它们跑得最快时,左右脚甚至在中线处交叉。
所以这也告诉我们留下这些脚印的兽脚亚目恐龙至少遵从现代两足动物的基本运动法则。
有意思的是这3组在速度与步宽成反比的方式上各有千秋。
人类突然加速时步宽的变化与鸟类和恐龙的对比。(图片来源:Christofer Clemente and Peter Bishop, Author provided)
人类在从走变为跑时,步宽有一个骤减的过程。换句话说,每当我们跑起来时,我们突然就拉近了两脚间距。
但现代鸟类和灭绝的兽脚亚目恐龙就没有这种步宽骤减的过程。相反地,它们的步宽随速度的增加是逐步变短的。
这种相似和差异表明已灭绝的兽脚亚目恐龙移动起来更像鸟类而非人类。
此外,先前也通过许多其他的测量方式来体现鸟类运动随速度变化而发生的持续逐步的改变,例如步长和频率。
因此鸟类具备所谓的“持续运动技能”——它们走和跑不像人类一样是区分开的,而是无缝转换的。
留下这个脚印的已灭绝的兽脚亚目恐龙很可能采用了类似的持续运动方式。
在美国科罗拉多(Colorado)恐龙脊(Dinosaur Ridge)发现的典型恐龙足迹。(图片来源:Mediawiki/Footwarrior, CC BY-SA)
深入认知
这项调查在3大方面改变了我们对于兽脚亚目恐龙运动的认知。
首先,进行连续的运动行为对于兽脚亚目恐龙是有益的,比如让它们在维持稳定性的情况下一点点加速可以减少骨骼和肌肉的压力。
其次,如今被用来刻画现代鸟类的独特运动方式极有可能就是从它们的兽脚亚目祖先那里遗传的,这就体现出鸟类和恐龙展示出的相似点比当初预期的要多。
第三,这项研究帮助我们对于当年的兽脚亚目恐龙有了更深一步了解。我们知道肢体更替的运动方式可以在兽脚亚目恐龙的行进过程中增加稳定性,而且它们的行走和奔跑姿态都与人类不同。
恐龙和鸟类的运动姿态对于改善它们的视力也非常重要,尤其可以通过增加在竖直方向上头部的稳定性来达到这个目的。
如果我们想建造兽脚亚目恐龙(比如霸王龙)的运动生物机械模型,用来解决像恐龙的最快速度和耐力等问题,这点必不可少。
同样地,如果我们想在电影、动画片、计算机仿真和一些其它形式的大众文化中精确地描绘出这些恐龙的形态,这也相当重要。
关于作者:Christofer Clemente是阳光海岸大学(University of the Sunshine Coast)的动物生理生态学讲师;Peter Bishop是格里菲斯大学(Griffith University)的博士后研究员。
本文观点仅代表作者,不代表《科学美国人》。
(翻译:潘燕婷;审校:么宇辉)