其实,关于白垩尖吻鲨的速度问题,要说的事情并不算少。up最近可能是心情不太好吧,就着羊驼讲白垩尖吻鲨的功夫,也随便谈点什么。
了解古生物的生理特质,方法有二:其一,是依靠它们如今近亲的特质进行反推。其二,则是靠它与其他生物的生态关系推断。这一期专栏,up希望能彻底解决白垩尖吻鲨的速度问题,还这个白垩纪的传奇猎手一个公正。
首先,我们来谈谈对论文本身的理解。
软骨鱼类的尾鳍毫无疑问是优雅的造物,这种独特的分叶结构驱动了无数板鳃类和全头类畅游四海。若是从根本原理来解释,尾鳍的推进模式倒是颇为复杂,在这里不讲太多,各位只记住一个关键参数即可——展弦比aspect ratio。
提起展弦比,动物爱好者可能是有些陌生的,但航空爱好者一定不会陌生。展弦比指的是翼展的平方与翼面面积之比。
那么,展弦比是如何量化翼面的造型和飞行性能的呢?其实仔细想想,一点也不复杂。展弦比越高,显然对应着翼面越细长。一般而言,在产生升力时,展弦比越高,翼面的效率也就越高。许多追求无动力滞空时间的滑翔机都采用了展弦比极高的双翼,以追求效率的最大化。
在依靠鳍产生升力进行推进的鱼类身上,同样的效应也会藉由自然选择上演。在下方展示的两条鱼里,均按照定义式给出了推进所用鳍——尾鳍的展弦比。上方的金枪鱼是优秀的高速游泳者,拥有强健有力,代谢能力不输给哺乳动物的肌肉和独特的体温维持机制。但是如果没有那副展弦比高达7.5的尾鳍提供有效的推进手段,一切都会成为空谈。相比之下,下方的虾虎在运动能力上并不出彩,它的尾鳍展弦比也只有可怜的0.6。
在高速鱼类上,展弦比和速度能力显然是正相关的。在下面这组鲭科?鱼类的对比里,越是对速度和游泳效率有需求的类群,其尾鳍展弦比也就越夸张。以浮游桡足类和小型鱼类为主食的鲭属Scomber尾鳍展弦比“仅有”4.5-5.5,随着表格的推进,马鲛,狐鲣,刺鲅,舵鲣,鲔,金枪鱼,直到最后并不属于鲭科,但是以鲭科为主食的枪鱼属Makaira高达10.1的恐怖展弦比。
不仅仅是在高速鱼类里,就算是在那些对速度没有太高要求的珊瑚礁鱼类中,展弦比的作用也是显而易见的。下面这项2004年的研究里,调查了礁区鱼类推进鳍展弦比和海况的关系。收到测试的刺尾鱼科,隆头鱼科和雀鲷科都是典型的胸鳍推进鱼类,在调查的大堡礁区域潟湖中,水流越为湍急的水域,分布的这三类珊瑚礁鱼类胸鳍展弦比也越高。
了解了展弦比在游泳性能评估里的重要性,让我们回到鲨鱼上来。
回到引起争议的论文。首先,由于白垩尖吻鲨的尾鳍只保留了骨骼,自然要在现生鲨鱼的骨骼结构上寻找线索。研究团队对现存所有鼠鲨目的成员进行了尾鳍断层成像扫描,在它们的尾鳍骨骼结构上寻找特点。在标出的几个角度参数里,有两个最为关键。
其一,是柯氏角(cobb‘s angle,图中cb.a.),这个角度参数最初是在人类的医学里描述脊柱畸形弯曲角度大小的,在这里被鱼类学家活用了一下,描述为尾鳍中椎骨与身体轴线的弯曲角。我们常说的“尾鳍弯曲角”或者“尾弯角”也就是这个角度。柯氏角越大,尾椎末端向上转向角度越大,尾鳍也就越平直宽阔。
其二,则是尾鳍鳍条角,图中的hch.a.。这个夹角是尾椎骨和尾鳍鳍条的角度。同样非常显而易见的是,尾鳍鳍条角越大,尾鳍张开的幅度越大,越接近新月形,展弦比也就越高。
之后便是喜闻乐见的对比环节了,上图!
在图片里,给出了剑吻鲨,锥齿鲨,长尾鲨,鼠鲨等几个大家族成员崽子(这也是问题所在)的柯氏角和鳍条角,分别用ca和hra代表。之后,从现有的化石记录里测量曼氏白垩尖吻鲨的两项数据,如上图所示进行拟合。得到的结果里,曼氏白垩尖吻鲨表现超凡脱俗,远超如今的任何鼠鲨目,展弦比估测数值一个4.3,一个4.9。这是否能说明它的游泳能力空前绝后呢?当然8行,故事还没完。
如果各位认真看下论证过程中用的数据集合,就会发现现代鼠鲨几乎全是年轻或者年幼的个体。当然,这里面有过大的动物标本放不进断层成像扫描仪的缘故,不过这样的论证显然是不够严谨的。
很显然,根据法则,。年轻的鼠鲨尾鳍也不会像它们的成年长辈那样呈现完美的新月形,很多时候显得相对成歪形,展弦比不高。而成年个体的尾鳍则会向鲭科,旗鱼科这些顶级游泳好手的形态靠拢。在下面两张图,各位可以初步领略一下高速鼠鲨目在生长发育过程中尾鳍形态的变化。
让年轻的现生物种和成年的史前物种进行硬件比较的确有拉偏架的嫌疑,但实际上这丝毫不妨碍或影响曼氏白垩尖吻鲨的尾鳍展弦比计算结果。因为同样按照法则,白垩尖吻鲨的尾鳍(至少非常可能)遵从类似的发育模式。计算结果并没有大的差错,在这里up也为之前在贴吧不负责任,夹带私货的言论向各位看帖吧友。
up检索过5种现生鼠鲨科成员的尾鳍,幼体固然没得比,但即使成体状态下,曼氏白垩尖吻鲨的尾鳍展弦比依然能够领先大白鲨和鼠鲨双子一大截,只有鲭鲨属的成员能与之相提并论。这就是说,白垩尖吻鲨的速度定语并不是“比现在的鼠鲨更优秀”,而是“和鲭鲨一样优秀”。
总结一下,白垩尖吻鲨的尾鳍构造能够媲美尖吻鲭鲨这样顶尖高速软骨鱼,它能达到70km/h这样的惊人速度也就所言不虚了。 当然,光有尾鳍还不够,驱动力和减阻优化也是在飙车时重要的板块。下一期,我们详细谈谈鲨鱼的独门秘诀——盾鳞的问题。
for Cretoxyrhina mantelli~~~
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