新的研究揭示了蛇颈龙是如何用鳍状肢游泳的

这位艺术家的解释描绘了一种被称为蛇颈龙的海洋爬行动物,因为它们可能看起来在侏罗纪和白垩纪时期在地球的海洋中移动。国家科学基金会/科学图片库/盖蒂图片库

从2.2亿到6600万年前,一种奇怪的海洋爬行动物蛇颈龙在地球的海洋中游荡。虽然他们是不同的群在许多方面,每个已知的物种都有一个主要特征:它们都有四个宽的桨状鳍。在大多数情况下,后一对在大小和形状上几乎和前一对一模一样。

蛇颈龙不是恐龙,但生活在同一时期,这使得蛇颈龙在海洋脊椎动物中独一无二。这是因为没有其他海洋爬行动物或哺乳动物——无论是已经灭绝的还是现存的——有四个类似大小的鳍。

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那么这种独特的体型是如何运作的呢?研究人员可能刚刚找到了答案。2017年8月30日,一个国际科学家团队发表了一篇论文新的研究蛇颈龙的运动。在古生物学家卢克·马斯库特(Luke Muscutt)的带领下,该小组利用一对英国物种的测量数据,构建了两个复制的鳍状肢,一个前肢,一个后肢3d打印技术

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蛇颈龙是一种史前水生爬行动物,利用鳍状肢在水中推进自己。不同种类的蛇颈龙有不同大小的鳍。
科林·基茨/多林·金德斯利/盖蒂图片社

它们被固定在一个定制的机器人上,机器人在一个水箱里移动这些复制品。为了确切地了解这些桨是如何搅动东西的,穆斯库特和他的公司也向水箱中释放了彩色染料,并跟踪它们在水中的运动。

之后,科学家们对机器人腿进行了多次模拟,以测试不同的游泳方式。他们发现,最节能的划水方式是两只脚蹼协同工作。在这个测试中,当前肢拍动时,它在水中产生了两个漩涡。当水流把它们向后推时,后鳍在它们之间穿梭。通过利用前肢产生的尾流,后肢使自己的扑翼运动的力量提高了60%。

这一发现与a2013年的研究该理论认为蛇颈龙像海龟一样游泳,用前肢推动自己前进,而后桨则充当方向舵。利用机器人,马斯库特的团队也验证了这个现有的假设。他们发现,如果保持静止,后桨往往会产生阻力。但通过使用所有四个桨来主动产生推力,蛇颈龙可以更有效地移动。

然而,共同作者承认,像大多数水生动物一样,蛇颈龙可能会根据情况需要调整自己的游泳方式。此外,一些蛇颈龙物种的前肢明显长于后肢,反之亦然,这一事实使研究变得复杂。后续研究将不得不考虑到特定物种的数据。

这段来自主要作者Muscutt的视频解释了独特的流体动力学,并展示了实际的实验:

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