【word】 恐龙能跑多快？

恐龙能跑多快, ?化石辐秘 恐能跑多快? 人类能够在10秒内完成百米冲刺.鸵鸟能 够在半小时之内跑上三十多公里.但是我们怎 么能够知道《侏罗纪公园》里邢些恐她跑多快? 毕竟这些恐龙早在几千万年前就从地球上消失 了恐龙保存下米,通常有两种宵式:骨骼或者 脚印.从骨骼我们可以推断其形态.而从脚印我 们知道其速度.虽然不够精确.但楚结论还足比 较可靠. 当你在l扣J边沙滩上行走时候会留下一串脚 印,过这脚印根难被保留F来.水流会报快将 百 年第4期 其冲刷得无影无踪.但是如粜?绚,?骆驼 类似的关系.但是同样的速度,不同的动物有不 同的步幅.这与大人帝着小孩行走类似,夫人走 一 步,小孩走蜊L步,他们速度相同. 这是否说从步幅估计速度随物种而变化? 如粜真是这样,那么我们就无法知道恐龙的速 度了,因为我们根本没法画出恐龙在圈l中的直 线.还好有个对鸟类及哺乳动物都适合的规律, 可能也适用于恐龙.我们选鸟类与哺乳类而不 是爬行类,是因为恐龙行龙方式近前者. 普遍的规律就应该对不同火小的各种动物 都适合.由于长腿的动物步幅较火.我们将步幅 /腿长定义为相对步幅,这里腿长为动物正常站 图2腿长母示 立时地面到髋关节的高度(图2)类似图I我们 可设想有相同相对步幅的动物具有相同的相对 速度,那么什么是相对速度? 在轮船时也遇到类似的问题,人们想 用模型来测试轮船.测试者希望轮船能够消耗 很少能最来推动,而其主要能摄消耗在抵消涡 流上.当测试时候希望模型能够产生与以全速 前进的真正轮船等高度的涡流(相对模型大小 而言的).这个速度就是等价速度.这个等价速 度也就是无量纲的速度D,D=V4Lg(公式0, 其中V是速度.g是重力加速度.L是船长度). 于是型模拟以l5米/秒前进的300米长的 船,取g=lO米/秒..则5米长的模型以1.9米/秒 前进就可以这其实是一个普遍规律的例子, 这种规律适用于任何重力起重要作用的运动. 这个舰律采用了动力学相似性的概念.假设你 摄制了一大一小两个动物奔跑的影片,然后同时 播艘.你可以调节图像大小,使两个动物看上去 一 样太:你I乜可以调节橘放速度.使它们每秒跑 的步数相等.你会发现此时两段影片看上去相 同.当然前提是两个动物以动力学相似的方式 运动动力学相似意味着一个物体的运动可以 通过以下方式变褂与另外一个物体枷同:所有 的K度乘以…个因予.所有的时间乘另一个 因子,然后所有的力乘以第三个因子. 根据物理理论.如果重力在运动中起要 石 20io年第4期 作用,动力学相似是以同样的无量纲速度运动 的唯一可能.任何适合的长度都可以用来计算 无量纲速度.在动物中长度以腿长来计算也 就是在公式?中L代腿长. 动物以相同的无量纲速度运动并不一定是 动力学相似的运动.但是如果它们以摄经济的 方式,也就是肌肉尽量少作功.那么它们的运动 方式是动力学相似的.这意味着它们以相同的 相对步幅运动.如果我们以相对步幅与无量纲 的速度为x,Y轴作图,那么我们可以得到如图3 所示的图.图中包括了从狗直到大象大小的哺 乳动物以及鸵鸟.其中有两足行走(人,鸵鸟). 也有四足行走的动物,不过所有数据都紧紧围 绕图中直线.严格地说,动态相似性是相同形态 的动物的唯一选择.虽然鸵鸟与狗,大象形态 差异极大,但是仍然遵守同一规律.有理由相 信这条规则也适用于恐龙.可以用来估计恐龙 的速度. 不过在应用前有几个小问题.例如图中关 系是否随地面的软硬而改变?图3这些数据都来 自于坚硬的地面.动物几乎留不下什么痕迹;而 恐龙脚印大多是在软泥上留下的t还好实践证 明不受影响.你可以自己在河边沙地里试验.另 外就是如何从脚印推测后肢长度?通过对恐龙 骨架的统计.发现后肢高度大约是脚长的四倍. 这对两足行走和四足行走的恐龙都适用. 于是我们可以实际应用这个关系了.在澳 犬利亚发现的脚印,其中串夫的兽脚类恐龙. 脚印K064米,而步幅是33I米.则棚对步幅是 331/(o64x4)=1.3.在图3中对应的无量纲速 度D-O4,所以V=O4?2.56~10-2(米/秒).虽 然这只是个粗略的估计,但是告诉我们这个大 型恐龙行动还是比较迟缓的,与我们人类的步 行速度相当. 就现代动物而言.行走和奔跑速度大不相 同.一般当无量纲速度小于0.7时是行走,而大 于07N是奔跑.我们可以同样用来判断恐龙的 行为.在己知的恐龙脚印中奔跑的脚印很少.这 很正常,毕竟现代的大毅动物也只是偶尔奔跑 6.军*4 无量纲速度 囤3相对母幅与无量蛔速度关系图(其中?鸵乌.o人, ?驹,口大象,cl戽牛,?绵羊.?骆驼) 另外考虑到是在软泥上,除了迫不得已谁也不会 去奔跑. 在已知的脚印中.我们能够发现恐龙能够 跑持有多快.在德克萨斯发现兽脚类的脚印.单 个脚印长29厘米和38厘米,而推测速度可达到 l2米/秒!其中大点的兽脚类估计有06吨.也是 已知能够奔跑的最大恐龙. 现生哺乳动物屉快速度:人是1O米/秒,赛 马大约是17米/秒,灵缇可以达到龙 (nrannosdut’t~s)(题}譬1)速度能够订多快呢? 山于没彳丁人删恐化舞跑的足迹.对其速度的 推测型址定性『ilii魁定帑的,建:在与行 走的人象,奔跑的鸵呜或者有蹄类类比之上. 人型的蜥脚炎恐龙-披认为能拜跑,但是 对博脚类r『争议.订科学家认为它们不能 舟跑.丰}{槲1】i『丽的公式,迷度忠该小J07 ?42×IO= 米/秒;订的随域商可以达到 1l米/秒,T人则认为L以选到20米/秒2002 晗钦森(1[utchInson)等人发现可以通过估计 衄小伸肌(立撑肌肉)艟来推洌0奔跑能力.现生 鳄和鸡都证明了这种推测的合理性.晟初他们 认为6吨重的暴龙如果可以奔跑的话需要每条 腿伸肌至少达到体重的40%.这是不可能的! 所以他们认为爨龙不可能奔跑.后来他们修正 了阳的模型,认为霸乇龙快速奔跑每条腿需 受仃l’I体5%,9%的肌肉,并认为霸王龙速度 会太快.2007年赛乐氏(Sellers)等人用多 体动力学和进化机器人优化算法来估计两足 行走的恐龙的速度.他们估计恐龙中跑得蜃快 的赴英颁龙(cosognathus),能够达到178米 /秒;伶盗坨(Velociraptor)墩高速度是108米 /秒:异特龙(Allosaurus)是9.4米/秒:而暴龙 也达到80米/秒(图4).最近茨(Bates)等 人豫新分析了赛乐氏等人的模型,异特龙用了 小的软组织参数.得出异特龙的最高速度估 f『【盟小些.他们认为大型恐龙速度应该会 晰1’l2>K/秒,i刚j指出更准确的速度估值需要 真实的恐龙形态学知识. 体文插图除特别申明外均由作者提供) 囤44种恐龙(体型太小非严格按比例)奔跑示意囤共颌龙(前l】,能够 选到 178米/秒:伶益龙(竹2)最高速度是10.8米,秒:异特龙(前3)是94米/ 秒: 而器龙(后)也达到8.0米/秒(蕾红艳绘) /秒 0894800 2010年第4期