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霸王龙足以碾碎汽车的咬合力是怎么做到的?

2019/10/9 15:35:00 移动版

一台为了研究霸王龙强大咬合力而生的机械霸王龙咬断一根骨头。 虽然霸王龙的头骨看起来是由关节连起,但是现在科学家认为霸王龙必须要有牢牢固定在一起的头骨才能发挥碾碎

一台为了研究霸王龙强大咬合力而生的机械霸王龙咬断一根骨头。 虽然霸王龙的头骨看起来是由关节连起,但是现在科学家认为霸王龙必须要有牢牢固定在一起的头骨才能发挥碾碎猎物的爆发力。 PHOTOGRAPH BY ROBERT CLARK, NAT GEO IMAGE COLLECTION

插图描绘一只霸王龙撕开猎物。 ILLUSTRATION BY BRIAN ENGH, WWW.DONTMESSWITHDINOSAURS.COM

插图描绘一只霸王龙撕开猎物。 ILLUSTRATION BY BRIAN ENGH, WWW.DONTMESSWITHDINOSAURS.COM

据美国国家地理(撰文:JOHN PICKRELL 编译:石颐珊):霸王龙足以碾碎汽车的咬合力,是怎么办到的?古生物学家说,这种强大的恐龙「就是那些在先天设计上高度优化的动物之一。 」

霸王龙(Tyrannosaurus rex)足以碎骨的一咬能在它悲惨的猎物身上施加高达约5.4公吨的压力,可以碾毁一台车。 不过,虽然霸王龙强大的咬合力已得到多项证据支持,科学家却开始争论,它如何以看似接合松散的头骨施展如此力道。

答案是,它并没有,这是一套霸王龙的新模型,在仿真它大口咬下时于头骨上运动的所有应力(stress)与应变(strain)时给出的回答。 9月刊载在《解剖学纪录》(The Anatomical Record)期刊上的模型结论显示,霸王龙的头骨必须牢牢地固定在一起,才能施展出如此骇人的咬合力。

编按:应力为单位面积所承受的作用力,应变则为由于外力作用而造成的形状改变。

「霸王龙就是那些在先天设计上高度优化的动物之一。 」研究共同作者卡西. 霍利迪(Casey Holliday)说道,他是密苏里大学医学院的古生物学家。 「它有这些巨大的颔部肌肉,而且因为它有牢牢固定在一起的头骨,所以霸王龙能够非常有效率地提取肌肉力量且将之运用于猎物身上。 」

没有转动空间

霸王龙头骨上有部分骨头之间存在关节的说法相当普遍,霍利迪说道。 这个说法有一部分是根据霸王龙化石的外貌,另一部分则是因为有些现生的恐龙亲戚,包括鹦鹉和蛇在内,都有着部分骨头可活动的可动性(flexibility)头骨。 尤其爬行类有一系列骨头将它们的脑壳和上颚链接在一起,然后再连到下颚,或说下颔骨。

「这和哺乳动物的头骨非常不同,例如我们的头骨只有两个部分:装大脑的部分和下颔骨。 」霍利迪说道。

然而,霸王龙也有可动性头骨的说法带来了数学上的问题。

「试想你长着这颗像霸王龙一样的巨头,长约180公分长且宽约120公分,还有庞大的咬合力...... 如果你在这些系统中加上可动性,那么失误的机率势必会大幅增加。 」霍利迪说道。

「你会想集结从肌肉而来的所有力量,并且经由牙齿把它施加在猎物身上,而不是让力量透过一堆摇动的关节发出。 」

为了测试这个想法,霍利迪和他之前指导的研究生,现职美国宾州里丁市奥尔布赖特学院(Albright College)助理教授的伊恩. 寇斯特(Ian Cost)一起做出霸王龙头骨的数字模型,这些模型头骨的上颚有些可以像守宫一样向侧边翻开,有些可以像灰鹦鹉一样上下活动。 研究人员接着为这些头骨活动时的生物力学建模。

团队发现,这些肉食动物在头骨上部的接合地方处于大致不动的状态下,最能有效地施加压力,虽然微量的可动性有助头骨抵抗施加其上的极大力量。

「霸王龙的面部和颅骨并不能移动...... 这支持我们的结论,即霸王龙咬猎物时,嘴巴的(上颚)骨头不会动。 」寇斯特说道。 意即这个物种能够比它有着可动上颚的祖先或亲戚,更有效地利用颔部肌肉的全部力量。

举重若轻

「这篇研究对细节投注了大量心力,其所呈现的成果不只展示霸王龙的头骨可以抵抗非常高的咬合力,还精确地呈现霸王龙是如何办到的。 」劳拉. 波罗(Laura Porro)说道,他是伦敦大学学院(University College London)的化石生物力学专家。 波罗补充,现在这篇研究将能协助研究人员判断其他化石动物的头骨可动性。

俄克拉何马州立大学土尔沙分校(Oklahoma State University in Tulsa)的古生物学家艾瑞克. 史尼夫利(Eric Snively)也对霸王龙的摄食机制有所涉略,他说这篇研究「有助于解答霸王龙为何能够拥有居于陆生动物之首的咬合力量。 」

霸王龙非比寻常,他表示,因为它们嘴巴前方的牙齿最强壮,和鳄鱼之类的掠食者不一样,后者用来咬碎猎物的牙齿在吻部后方。

「它们的吻部由鼻梁上错综复杂的骨头组成,但是直到这篇研究为止,我们都不清楚颅骨其他部分的作用。 」他说。

「现在我们逐渐得知它们头骨的解剖全貌,这对厘清霸王龙如何发挥足以举起好几台小卡车的咬合力量很有帮助。 」

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