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《生态和进化趋势》期刊:翼龙化石的生理学研究有助解决现代飞行技术界的很多难题

《生态和进化趋势》期刊:翼龙化石的生理学研究有助解决现代飞行技术界的很多难题

《生态和进化趋势》期刊:翼龙化石的生理学研究有助解决现代飞行技术界的很多难题

《生态和进化趋势》期刊:翼龙化石的生理学研究有助解决现代飞行技术界的很多难题(Credit: Mark Witton / Emily Willoughby

(神秘的地球uux.cn报道)据中国科学报(冯维维):翼龙是有史以来最大的飞行动物。它们在空中翱翔了1.6亿年,这比任何现代鸟类都要长得多。不过,尽管翼龙是飞行的行家里手,它们却很少得到当代仿生学飞行技术开发者的注意。4月15日发表在《生态和进化趋势》期刊上的一篇评论指出,针对翼龙化石的生理学研究有助于解决现代飞行技术界的很多难题,诸如飞行稳定性、无人机自动起飞技术等。

此前工程师在设计无人机和飞机等飞行器时,主要借鉴了现代鸟类和昆虫的生理结构和功能,他们大多不会想到去参考那些支离破碎的化石,毕竟后者往往保存得不够完整。本文第一作者、英国布里斯托大学古生物学家Liz Martin-Silverstone强调,经过一番精挑细选,人们已经找到了一些翼龙化石样本,它们能够非常详尽地展现翼龙翅膀的解剖结构,而这对于研究翼龙的飞行能力至关重要。

“有两三件翼龙化石保存得非常完好,我们可以看到它们翼膜内部的不同层次,从而深入了解翼膜的纤维成分。还有一些状况较好的化石保留着臀部以下翼膜附着的结构,这样一来,即使我们不知道翅膀具体是什么形状,只要确定了翼膜附着结构,就可以对不同翅膀形状进行建模并估测其效率,从而推断哪些形状在自然条件下表现最好。”她解释道。通过对这种远古生物进行形态学和飞行力学分析,研究者发现了一些现代生物所不具备的飞行策略。

以起飞方式为例。动物界的标准起飞方式是跳跃式起飞(又称弹跳起飞),而体形较大的鸟类都需要助跑才能获得起飞的动力。不过,体重能达到300公斤的翼龙却似乎有办法从静止状态下原地起飞。

美国洛杉矶自然历史博物馆恐龙研究所的Mike Habib对翼龙的起飞方式提出了一个假说:借助翼膜和翅膀上的强劲肌肉,翼龙可以通过肘部和腕部爆发出的巨大力量,直接起跳到足以起飞的高度。

“如今的飞行器比如无人机,都需要一个平坦的表面才能起飞,而且起飞条件也受到很大限制,但与翼龙起飞相关的生理学机制或许能帮我们解决其中一些问题。”Martin-Silverstone表示。

对于在飞行期间如何保持稳定,翼龙也有妙招。风帆遇到强风时往往会失去稳定,发生抖动,但翼龙却演化出了防止自己宽大的翅膀遇风抖动的策略。“如果我们能了解翼龙的应对方法,比如了解其翼膜的实际结构,或许能为解决现代工程学问题带来一些启示。”

Martin-Silverstone指出,如果能把对已灭绝飞行类生物的了解与现存飞行动物的研究结合起来,一定有助于克服人造飞行器设计中的疑难问题。“我们认为,生物学家和工程师在尝试解决飞行相关问题时,不妨向古生物学家问计,因为答案或许就在那些已经灭绝的物种身上。如果我们的视野局限于当今现存的动物,无疑就放弃了各式各样的丰富灵感。”她说。

相关论文信息:http://dx.doi.org/10.1016/j.tree.2020.03.005




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