机器恐龙实验揭示恐龙(和鸟类)如何长出翅膀

科学家们制造了一只机器恐龙来吓唬蚱蜢,这一切都是为了了解如此可悲的翅膀如何为史前动物提供进化优势

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在任何群体中,并非所有成员都能成为可怕的霸王龙或雄伟的三角龙。总有一些成员注定是笨拙而别扭的,长着永远无法飞翔、只能拍打的短小渡渡鸟翅膀。

这就是尾羽龙的悲惨故事,这是一种身长三英尺的恐龙,生活在大约1.25亿年前的今天的中国境内。在现代人看来,尾羽龙看起来像一只迷你鸵鸟,但有着更长、扇形的尾巴,而且非常引人注目的是,它的翅膀甚至更小——就像把麻雀的翅膀粘在火鸡身上一样。这些翅膀实际上非常小,以至于古生物学家不得不努力解决它们为何存在的进化难题。

明尼苏达大学古生物学博士生孙敏英说:“我们试图弄清楚‘半个翅膀有什么用?’”。“一个至少可以滑翔的全尺寸翅膀是有意义的。但我们有化石证据表明,恐龙拥有我们称之为半个翅膀的东西。”


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理想情况下,一位有进取心的古生物学家会进行行为实验,但这要求太高了。“你不可能真的走到野外去捕捉一只长着半个翅膀的恐龙,”孙敏英说。“制造机器人是我们能做的第二好的事情。” 成果是1月25日发表在《科学报告》上的新研究,孙敏英和其他科学家在文中描述了他们使用机器尾羽龙模型(团队将其命名为Robopteryx)进行的实验

该机器人结合了九个电机,其排列方式旨在模仿古生物学家在尾羽龙化石中看到的关节。然后,研究人员装饰了基本的Robopteryx,以模拟不同的潜在翅膀——将裸露的手臂与“近端原翅膀”(想象一下带有羽毛腋窝的手臂)和“远端原翅膀”进行比较,在“远端原翅膀”中,羽毛仅出现在手臂的末端,如手指。

接下来,是时候进行一些受恐龙的远亲后代——鸟类——启发的实验了。Piotr Jablonski是首尔国立大学的野外生物学家,也是这项新研究的合著者,他一生都在研究鸟类,并且长期以来一直对一种名为惊飞炫耀的行为感到好奇。

一些鸟类,如北美嘲鸫 (Mimus polyglottos),通过突然展开翅膀或尾巴来炫耀,通常会展示出色彩鲜艳的图案,以惊吓出躲藏起来的美味昆虫。Jablonski想知道,尾羽龙的短翅膀是否可能使这种小恐龙能够使用惊飞炫耀作为一种狩猎策略——以及这种行为是否可能促进了成熟翅膀的发展。

Robopteryx团队针对现代蚱蜢物种——中华稻蝗 (Oedaleus infernalis)——测试了他们机器人的各种原翅膀炫耀。这些昆虫作为测试猎物很有吸引力,因为科学家已经绘制了它们的神经系统图,因此研究人员可以观察到这些动物的神经元对Robopteryx炫耀的反应。正如该团队预测的那样,当蚱蜢面对装饰着手臂末端原翅膀的机器恐龙时,它们最有可能惊慌失措。

科学家们认为,这些发现支持了恐龙可能使用原始翅膀来惊吓猎物的观点。这种行为之所以奏效,是因为昆虫不够聪明,无法校准它们对不同捕食者的反应:虽然自动执行剧烈跳跃是一种躲避许多捕食者的有效技术,但它对那些使用惊飞炫耀的捕食者无效。Jablonski直言不讳地描述了蚱蜢在这种情景下的命运:“它们实际上是在飞向死亡,”他说。

Meghan Bartels 是一位常驻纽约市的科学记者。她于2023年加入《大众科学》,现在是该杂志的高级新闻记者。此前,她在Space.com担任作家和编辑超过四年,并在《新闻周刊》担任科学记者近一年,专注于太空和地球科学。她的作品也曾发表在《奥杜邦》、《鹦鹉螺》、《天文学》和《史密森尼》等出版物上。她毕业于乔治城大学,并在纽约大学的科学、健康与环境报道项目获得了新闻学硕士学位。

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