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《少年科学画报》

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历时2.7亿年的实验,我们来做!

2015-06-03 10:34:52


我们都知道松子是松树的种子,是从塔状的松果中取出来的,可你知道松子是长有翅膀的吗?远古的松树就是利用翅膀让种子在空中旋转起来、像直升机一样飞散开来,落在没有竞争对手的远方。有一种生活在2.7亿年前(如今已经灭绝)的松树向我们展示了它寻找“最好用翅膀”的摸索过程!


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独立的进化,同样的选择

古生物学家收集了许多松树种子的化石,发现2.7亿年前,它们还有着各式各样的翅膀——从单翼到对称双翼,再到不对称的双翼。然而几百万年过后,有几种不同类群的松树分别独立地进化出了相似的单翼翅膀作为自己种子的“标准配置”!

这个现象很不寻常。试想,这几百万年当中,它们一定做过无数次实验,为何最终都不约而同地抛弃了对称双翼、不对称双翼,而选择了单翼的翅膀?

不只是松树,枫树也是靠风传播种子的树种,研究发现,枫树也采用了这个“试验结果”,用单片翅膀来装备种子。古生物学家不禁发问:单翼翅膀在传播种子的过程中有什么优势,它们为何会做出同一个选择?


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单翼还是双翼,这是个问题

当我看到这些长着不同形状翅膀的种子时,我很想知道这些翅膀孰优孰劣,我想松树妈妈当初也会有同样的疑问。一起来设计实验吧——实验是解答疑问的最可靠的方法。

一个很简单的实验就能重现2.7亿年前松树妈妈的摸索历程:用纸片做单翼或双翼(对称的、不对称的)的翅膀,用塑料充当种子——不用担心你难以想象种子翅膀该长什么模样,眼前就有现成的松子化石为我们提供不同的翅膀模型。

 

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飞行久而稳,靠谱妈妈的选择

你做的对称双翼翅膀是不是很像“竹蜻蜓”?不要怀疑你的思路,美国的科学家也是这样设计的!科学家们和你没什么不同,他们玩起这些“竹蜻蜓”来也很疯狂。

他们把制作的种子模型从3米高的地方放下,让它们自由下落,同时用高速摄像机拍摄下整个过程,以便分析不同翅膀在飞行中的特性。他们发现单翼的模型在空中旋转飞行的时间是最长的,甚至是“竹蜻蜓”式对称双翼飞行时间的两倍!

实验结果还表明,无论是对称还是不对称的双翼都没有单翼的翅膀飞行稳定,尤其是“种子”的重量偏大或者在不稳定的风中飞行时,单翼的优势非常明显。如果你是一个有爱心的松树妈妈,会选择哪种翅膀给自己的孩子当“降落伞”呢?


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好奇心和小实验,带你穿越

你或许没有高速摄像机,但一点好奇心、一张纸片、一块橡皮泥,以及一个计时秒表,就能让你在家里完成这个穿越2.7亿年的“大实验”,了解不同翅膀的飞行效果。

首先,请你按照化石的简图在白纸上描绘下翅膀模型;接着,仔细剪下这些翅膀;然后,将三枚订书钉钉在翅根上,订书钉模拟的是有重量的种子;最后,去一个至少3米高的地方,轻轻松开你手中的翅膀,观测不同翅膀的飞行能力吧!看看谁飞行时间更长、谁在空中转得更好……





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