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这些不存在的生物,被科学家送上了天

发布时间:2021-05-06 09:20 来源:环球科学

  你能猜出这些可(yin)爱(jian)的神话动物都是啥吗?

  在世界各地的神话和传说中,都出现过幻想中的神奇生物。值得注意的是,其中很多都会飞行。但是,如果不考虑超能力,其中很多生物似乎都很难在现实世界中起飞。如何重新设计这些生物,让飞马、天使甚至东方的龙飞起来,就成了一个很有趣的生物力学问题。在这篇原刊于《环球科学》5月新刊的文章中,我们将看到:当一位古生物学家与一位插画家相遇,他们将如何为我们打开飞行的脑洞。

  撰文 | 迈克尔·B。哈比卜(Michael B。 Habib)、特瑞尔·惠特拉奇(Terryl Whitlatch)

  翻译 | 杨玉洁

  在世界各地的神话和传说中,都出现过幻想中的神奇生物。它们形态各异,有的擅长奔跑,有的擅长滑翔,有的擅长游泳,有的擅长挖洞。值得注意的是,其中很多都会飞。作为研究鸟类和翼龙的古生物学家(哈比卜)和为书籍和电影设计幻想生物的插画师(惠特拉奇),我们对飞行动物的生物力学十分感兴趣,也希望让这些动物可以尽量显得真实可信。在这篇文章中,我们讲解了3种想象中的生物,并进一步解释了如何基于现实中的科学让它们飞起来。

  重塑经典:飞马

  飞马在神话和传说里随处可见,其中最有名的大概是希腊神话里的珀加索斯(Pegasus),它在英雄珀尔修斯割下蛇发女妖美杜莎的头颅时,从血泊中一跃而出。此外,还有一种不那么出名的生物,叫做骏鹰(hippogriff):它一半是马,一半是猛禽,不仅能像马一样在地上奔驰,还能像鹰一样在空中飞行。

  这一次,我们将经典的骏鹰重新想象成马和翼龙的混合体

  这种混搭可以让骏鹰在体型与马相当的情况下,也拥有可以在现实中飞翔的能力。对巨型翼龙(比如风神翼龙、北风冰龙和哈特兹哥翼龙)而言,有几个因素似乎特别关键,可以让它们在拥有庞大体形的同时保持飞行的能力:它的骨头轻巧而有力;它的翅膀是一层由肌肉和皮肤构成的膜,而不是厚重的羽毛;它的翅膀在收起时很可能可以配合后肢推动自己从地上起飞,这比单独用后肢进行跳跃要有力得多。我们在设计骏鹰(实际上是龙马)时也希望它可以像翼龙一样,用翅膀辅助起跳,从而更容易飞起来。

  这种起飞方式既适用于前肢兼作翅膀的四足飞马,也适用于在四足之外还有翅膀作为第三组肢体的六足飞马。如果是六足飞马,翅膀还可以和奔跑的四肢一起配合,以一种更舒展的姿态推进起飞。不过这两种配置需要考虑的重点完全不同,如果要让六足动物飞行,只需要在它们的背上堆叠肩胛骨;而要让四足动物飞行则需要完全不同的肩膀构造,因为真正的马并不能将前肢抬至两侧,更不用说展开至后背上了。

  想让这种体型与马相似的幻想生物起飞,最现实的方式还是让翅膀的肌肉承担双重任务,也就是让翅膀与起飞的过程密切相关。根据脊椎动物特有的肌肉生理学和骨骼强度,以及四足飞马形似翼龙的体形,360千克已经是这种生物想要保持飞行所能承受的最大重量了。不过,如果飞马的骨头里有许多空隙,就像巨大的翼龙(以及今天许多鸟类)一样,那么它就可以在达到马匹大小的同时使体重小于360千克。

  反过来说,我们也可以通过增加肌肉的含量或者设计更擅长跳跃的肢体,突破体型的限制。有了正确的解剖结构,即使一匹550千克重的龙马也可以飞翔。

  就像蝙蝠或者早已灭绝的翼龙一样,在我们的飞马身上,背部肌肉负责上行冲程,胸部肌肉负责下行冲程。相反,鸟类的胸部两组肌肉都有。如果飞行肌肉像蝙蝠或者翼龙那样排布,胸部的大小会比较合理。如果是像鸟一样,胸腔就必须大到让人觉得笨拙。因此对六足飞马来说,像蝙蝠或翼龙那样飞行或许是更现实的选择,毕竟它堆叠的肩胛骨无法容纳鸟类那样庞大的肌肉组织。

  神话里的天使

  无论在犹太教还是基督教的故事、艺术中,“天使”都处于非常核心的地位,但在现存的文本中却很少出现对它们外表细节的描绘。在现代人的诠释中,这些形象被描绘成长着翅膀的人,但故事中对天使为数不多的描绘却暗示了更复杂的可能性。在这些描述中,它们往往很可怕,据说任何遇到它们的人类都被恐惧感所压倒。在两卷十分重要的书籍中也包含了对天使外表最详尽的描绘:两书都描绘了4位相同的天使,有时它们又被称为“四活物”。

  两本书中的描述在某些细节上是一致的,但却有着显著的区别。在其中一本里,这些强大的天使被描绘为像狮子、牛、人和鹰。而在另一本中,却是只有它们的脸与这些生物相似。有一本书中的天使有三对翅膀,而另一本中的天使有两对覆满眼睛的翅膀,书中还用“盘旋”这样的词描述了它们的飞行过程:当天使在上帝宝座附近盘旋时,周围是一片电闪雷鸣的景象。

  在一条著名的早期解释中,四活物等同于四位福音传道者,也就是说狮子代表马可,牛代表路加,鹰代表约翰,而人则代表马太。

  我们试图以马太为基础来重构这些传说故事中的天使。为此我们需要深入研究真实世界的化石记录,为设计天使的身体寻找灵感。我们研究了小盗龙,这是一种拥有4只翅膀、可以飞行的恐龙。近期研究表明,小盗龙及其近亲可以通过一种特殊的方式在飞行时获得稳定性和机动性。它们或许是通过扇动前翅并将后翼放在身体下方来获得这种特性的。我们设计的马太也拥有通过扇动产生动力的前翅,以及可以竖起的后翼。

  在设计整体比例时,我们望向了已知最大的空中动物:神龙翼龙(giant azhdarchid pterosaurs)。这些会飞的爬行动物包括风神翼龙和北风冰龙,两者均能长到50千克以上,翼展超过10米。这些巨大的翼龙拥有奇怪的特性,都是“头重脚轻”的动物,拥有巨大的头、胸和前肢。在描绘马太时,我们就借用了北风冰龙的脖子,在设计面部时我们借用了人形(但明显是外星人)的头。此外,这个马太的形象还拥有宽广而饱满的胸部,在翅膀前掠时,它的升力中心也与质量重心完全吻合。由此组合搭配出的生物既壮观又可怕,并且最重要的是,它们在生物力学上是可行的。

  无翼飞翔:亚洲的龙

  亚洲的龙,尤其是中国、越南和日本神话中的龙,很难以一种解剖学上可信的方式呈现出来,因为这些形象通常是在没有翅膀的情况下飞行的。它们通常拥有蛇形的身体,但在传说中却与蛇没什么关系。相反,这些龙通常被描述为与哺乳动物和鱼(尤其是鲤鱼)拥有共同的特征,并且与河流、雨水、闪电和风暴有关。

  为了从现实世界中找到更好的原型,我们转向了没有翅膀的生物。金花蛇属中的“滑翔蛇”就做得很漂亮,它能在没有四肢的情况下一次飞行十多米。滑翔蛇会通过在空中完成一系列S形曲线的动作来扭动身体,同时完成滑行。这完美契合了中国和日本传统艺术中对蜿蜒盘旋的飞龙的想象。金花蛇来自东南亚,这使得它在地域上也适合作为飞龙的原型。就像金花蛇一样,我们设计的这条龙要想在解剖学上合理,还需要通过扁平的身体和在空中形成S型的曲线来增加飞行的面积。为了有助于解释巨龙的体型,我们还在它的身体和四肢上增加了一些额外的“带状物”,以此增加飞行时的表面积。

  我们还需要从现实世界中其他不同寻常的蛇身上寻找灵感,从而丰富龙的形象。比如我们在马达加斯加叶鼻蛇(兰加蛇属,Langaha)身上寻找了到了龙身上的“胡须”。这些蛇的鼻子会伸出一个长长的、灵活的附属物。通过采用这样的结构,我们就为飞龙创造出一套胡须状的结构。而亚洲的藤蔓蛇(瘦蛇属, Ahaetulla)则启发我们描绘出了龙狭窄的脸、水平的瞳孔以及眼眶上的脊。

  这条龙与森林中的溪流有关。它能游泳、攀爬和滑翔,是一种适应性很强的捕食者。我们在上面提到的所有蛇都专门捕食蜥蜴。它们的尖牙位于下巴后方,其毒液可以使其他爬行动物瘫痪。事实上,在许多地区,蜥蜴和蛇的主要天敌就是其他的蜥蜴和蛇。

  考虑到这一点,我们认为对年轻的西方龙(也就是有翅膀的龙)来讲,最大的威胁便是其他的龙,特别是来自于东方的蛇形无翼龙。因此,我们从现实生物中汲取的灵感无形中帮助我们的龙创造出了一个完整的生态系统。通过考察现实动物的形态以及功能之间的关系,我们可以从解剖学和行为学的角度来重新想象神话中的生物。

  本文作者:

  迈克尔 · B。 哈比卜是洛杉矶自然历史博物馆的古生物学家和生物力学家。他主要研究翼龙、鸟类和带羽毛恐龙的结构和运动。

  特瑞尔 · 惠特拉奇是一位插画师,擅长动物解剖、古生物重建以及幻想生物设计。她曾为《星球大战》等电影设计过动物角色。


编辑:徐菁
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