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億萬年前,陸地霸主是恐龍,天空主宰是它……
陸地最強恐龍是什麼龍
距今2億5100萬年到6600萬年前的中生代,又稱恐龍時代。雖然恐龍是當時的陸地霸主,但它們並未統治天空,而是由另一群完全不同的野獸──翼龍主宰。
翼龍是第一群演化出動力飛行能力、征服天空的脊椎動物,而且遠早於鳥類。它們稱霸天際長達1億6000萬年,在6600萬年前的白堊紀晚期,與非鳥類恐龍一起消失。與任何現生或滅絕動物相比,在那段時期內,翼龍演化出最極端的適應構造。在這些空中掠食者之中,最小的體型和雀鳥相當,最大者的翼展和F16戰機一樣長。許多翼龍的頭比身體大,宛如飛行的巨嘴死神,盤旋在大陸和海洋上空,沒有任何中生代動物能在它們的目光下倖存。
恐龍演化出現生鳥類,翼龍卻沒有留下後裔,古生物學家只能透過化石來了解它們。然而化石記錄殘缺不全,我們只能窺見翼龍昔日的輝煌,並對它們奇特的解剖構造和乖舛的命運產生許多問題。這些謎題困擾了古生物學家數十年,現在我們結合新的化石發現和數學模型方法,簡化解剖構造,從而利用方程式估算力量、體重和速度等物理性質,終於獲得新見解。科學家發現,翼龍比我們想象得更奇特迷人。
有翼巨獸其中一個長久未解的謎題是:體型最大的翼龍是如何在空中飛翔?最早在美國德州發現的風神翼龍以及最近在羅馬尼亞發現的哈特茲哥翼龍,都跟長頸鹿一樣高,翼展超過九公尺,顎骨是暴龍的兩倍長,前肢相當於成年男人的身高,它們是真正的巨無霸,體重可超過295公斤。相較之下,生活在600萬年前體型最大的鳥類──阿根廷巨鷹體重可能還不足75公斤。
翼龍與最大型鳥類的差異如此懸殊,一些研究人員認為那些體型最大的翼龍根本不會飛行(但它們擁有許多適應飛行的解剖構造就說不通了);另外有些研究人員猜想,它們需要特定的空氣和地表條件才能飛,例如中生代的大氣比現在濃密。畢竟若鳥類如此巨大還能翱翔天空,實在太不可思議。事實上,最近我和幾位研究人員發表的動力尺度分析研究,顯示超大型鳥類根本無法產生足夠動力而飛上天。
不過翼龍不是鳥類。過去10年來,我和同事對翼龍的起飛和飛行動力進行許多計算,結果顯示巨型翼龍能夠起飛並翱翔,而且不需要特定條件。和這項結論相呼應的是:沉積岩地質化學和植物化石微構造的分析結果顯示,在巨型翼龍鼎盛的白堊紀晚期,地球的大氣和地表條件與現今環境並沒有明顯差異,真正不同的是翼龍獨特的解剖構造。
體型龐大的動物要飛上天,需要有三個必要條件:第一是骨骼的強度-重量比非常高,也就是骨骼的體積大但密度低。翼龍和鳥類都具備這樣的骨骼,它們很多骨頭是中空,例如風神翼龍的前肢骨外壁約0。3公分厚,和鴕鳥蛋殼一樣薄,但肘部直徑卻超過27公分。
巨型生物的第二飛行條件是,要有高「最大升力係數」,這個係數代表翅膀在一定速度和翼面積下可產生的升力。當最大升力係數較高時,動物的翅膀在低速飛行時能支撐較多重量,因此它可以比較重;這種關聯也意味著生物可以用較慢的速度飛上天,對於起飛時的肌力需求有很大的影響。翼龍和蝙蝠的膜翅在相同單位速度和麵積下產生的升力,比鳥類羽毛翅膀更強。較大的升力提高了低速飛行時的調控能力,能幫助小動物快速轉向,對大動物來說有助於起飛和降落。
第三也是最重要的條件是起飛動力。即使擁有高效率的寬大翅翼,大型飛行動物仍需產生相當大的跳躍力才能飛上天。飛行動物不能只靠拍動翅膀就飛起來,因為翅膀在低速飛行時無法產生太多升力;也不能從懸崖高處躍下、利用重力起飛,這種方式會讓動物朝錯誤方向加速,有其危險性。相對地,強而有力的跳躍行為可以提供起飛時必要的速度和高度,增加跳躍力就能產生較強的起飛動力,因此大型飛行動物必須是跳躍高手。
雖然許多鳥類很會跳躍,但仍受限於先天遺傳:鳥類和祖先獸足類恐龍一樣是雙足動物,跳躍時只能使用後肢。相對地,翼龍是四足著地,它們可把翅翼收合起來,用以行走和跳躍。許多儲存良好的生痕化石證實了翼龍具有這獨特的解剖構造。四足著地的特點大大提升飛行動物的體型。翼龍起飛時不僅可以使用後肢,還能用上更大的前肢,加大起飛動力,成為空中巨獸的最佳適應特徵。
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