啊哈哈哈哈,狗头霸王龙哈哈哈哈
疑似曾经地球霸主在地狱溪被小行星尾气毒死前的最终幻想。
先来一个生活中的问题:
为什么世界上第一辆车是后驱的?本回答目录:
1 引子
2 为什么恐龙有的是二足有的是四足(即强大的尾骨肌系和股骨第四转子)?
3 为什么哺乳动物除了人类没有二足行走的(即二叠纪大灭绝后的小喽啰们)?
4 现代版的顶流掠食者是怎样的?
1 引子:
为什么后驱车统治了汽车界好长一段时间,并且现在跑车仍然以后驱为主?而在普通车里面四驱车比后驱车更高级一些?
要回答这几个个问题,我们可以看看我们的仿生学设计:
这是鲨鱼:
这是潜艇:
这是鸟:
这是飞机:
这是 Jaguar(四驱版):
这是 Jaguar(后驱版)
相信你一定很快发现了问题:
陆生动物怎么没有进化出轮子!!
动物讨生活并不容易,无论是在天空还是海洋,动物力求一个能不动尽量不动,如果有什么造型能尽量符合自然界的流体力学让它们省力,动物进化的方向一定是向最省力的形状靠拢。
因为侏罗纪没有平坦的沥青马路,所以霸王龙也没能进化出轮子,要不然霸主形态也不是二足直立而是四驱的了(bushi)
鱼的形状是潜水的范式,鸟的形状是航天的范式。
而在平直的地上奔跑,四轮车就是范式。
第一辆汽车采用后轮驱动(后驱)主要是因为当时的技术和设计限制。早期的汽车发动机体积较大且沉重,通常后置横置,即将发动机放在后轴上方,水平放置。这种布局简单且有效,能够将发动机的重量集中在车辆后部,有助于提高牵引力和行驶稳定性。
现在跑车仍然较多采用后驱,是因为后驱布局可以提供更好的操控性能和驾驶乐趣。后驱车在加速时,重量会向后转移,增加后轮的抓地力,从而提供更直接的加速感和更好的弯道表现。此外,后驱布局还可以减少前轮转向时的动力干扰,提高转向的精准度和响应速度。
四轮驱动(四驱)车辆相比后驱和前驱车辆具有更好的牵引力和稳定性,特别是在湿滑、泥泞或不平坦的路面上。四驱系统可以将动力分配到四个车轮,从而提高车辆的抓地力和操控性。这种布局特别适合越野车和一些高性能车型,因为它们需要在各种复杂路况下保持良好的行驶性能。然而,四驱系统也相对复杂、重量更大且成本更高,因此四驱车更贵一些。
四驱车既然技术复杂,就不是一个能一蹴而就的事情。
那么四条腿呢?
对动物来说也是一样的道理,只要肌肉力量足够,两条腿的后驱模式其实能够更稳,更具有机动性,也不需要考虑四条腿协调的问题
回到我们动物本身:
陆生动物没有轮子,所以在二足行走还是四足行走的问题上,它们也思考了几亿年。2 为什么恐龙有的是二足有的是四足?
关于霸王龙小短腿的笑话大家应该听了几吨了,这里就不再赘述。
但是霸王龙作为霸主,它怎么会有这么搞笑的小手手?它为什么不四条腿在地上跑?
换个问题就是为什么有的恐龙是四足步行 quadrupedalism,有的是二足步行 Bipedalism?
善于观察的小伙伴可能发现过这个现象,蜥蜴虽然平时是四条腿在爬,但是它如果急着早八的话,全力加速的时候竟然是两只脚跑的:
这是为什么,难不成二足行走的方式跑起来更快吗?要不然为什么它们要用两只脚跑?
答案就在它们强大的的尾骨肌系(M.caudofemoralis)和股骨第四转子(Fourth trochanter)。
蜥蜴和恐龙一样,有着非常强大的尾骨肌系。许多早期恐龙的标志性解剖特征,包括一些通常被视为共同衍生的特征,都与增强的尾股肌肉复合体有关。
这些特征包括尾椎上突起的尾肋,它有助于扩大尾股肌肉的体积,以及股骨第四转子的突出和不对称形态。也就是说,尾股肌系对于恐龙来说,是它们后肢的主要动力来源。
同样的事情对蜥蜴来说也是成立的,它们没有差速器(下面是关于差速器的科普):
所以蜥蜴前后脚肌肉力量不一样就会导致速度不一样,它们用四脚奔跑极不协调,甚至会出现前脚绊倒后脚的现象:
关于第四转子,之前我写过一个有关于锁骨的回答:
里面讲到,虽然锁骨是一块小小的骨头,但是它们的作用巨大,能决定动物上肢的灵活性,尤其是人类发扬光大了锁骨,才能解锁投掷姿势。
对主龙类来说,第四转子恰好就是锁骨一样神奇的结构。
在主龙类中(尽管并非唯一),尾股肌系的股骨附着部位通常发育成突出的骨突出,称为股骨第四转子(Dollo,1888;Gatesy,1990;Hutchinson,2001)。
正如在大多数现代鳄鱼身上观察到的那样,尾股长肌腱附着在第四转子底部的凹口处,而短腱穿过整个剩余的内侧表面、边缘以及一小部分附着在第四转子上。侧面(Galton,1969;Hutchinson,2001;Carrano 和 Hutchinson,2002)(图 1)。此外,尾股长肌有一个附属肌腱(有时称为“萨顿肌腱”),它起源于尾股长肌的侧面,与主肌腱密切相关(Gatesy,1990;Persons 和 Currie,2011;Mallison 等,2015 ) )。该副腱延伸至膝盖。
第四转子的相对大小和突出程度已被视为与其相连的肌肉的大小和功能能力的一般指标(Gatesy,1990、1995、2002)。在非鸟类恐龙中,第四转子通常进一步发育成明显的嵴。这种突出被解释为恐龙相对于其祖先具有更强的运动能力和更积极的生活方式的反映,这需要相应增强主要运动肌肉组织(Brusatte,2012)。
所以食肉类的恐龙比如兽脚类(霸王龙等),除了一两个个例外,基本上都是专性二足步行动物。
因为恐龙的后肢肌肉力量更强大,重心更稳,能提供更快地奔跑速度,而且节约了前肢的能量可以用来捕猎:
以灵长类为类比,双足行走是更加节能高效的步态。我们的腿就像一个弹簧,可以在行走时存储和释放能量。这种杠杆作用和弹性能量的运用,让我们走得更远、更轻松。我们步行的成本低于我们体型预期的成本,并且比黑猩猩的运动成本低得多(约 75%)。
鸟类的二足步行也是同样的道理,能回收能量。鸡的能量回收率高达 80%。
合理推测二足行走应该是恐龙的一个祖征(也就是恐龙祖先刚开始进化出来就是二足行走的。)
因为如果恐龙祖先是四条腿走路就会有一个进化两次的过程,如果祖先是两条腿走路就只改变了一次。
那为什么又有很多恐龙四条腿走路?
这个又不得不把之前说过的话重复一遍了,哺乳动物到目前为止都没法自己消化植物纤维,基本上都是靠胃肠道细菌发酵消化的。
对于恐龙来说消化植物也是同样的麻烦,所以植食性恐龙不得不跟食草的哺乳动物一样搞出冗长的消化道以及肠胃内容物,这样就势必导致体重增加,虽然恐龙骨头是非常优秀的结构,也抵不住这样的重量增加:
所以两条腿走路和四条腿走路的恐龙食性是不一样的,食肉的为了方便奔跑捕猎基本上是二足步行。
好的,那么下一个问题来了:
3 为什么哺乳动物除了人类没有二足行走的
既然我前面说得这么天花乱坠,二足步行有这么多优势,那哺乳动物为什么不效仿二足步行呢?
臣妾做不到啊!
我们现在确切地知道二叠纪的早期的楔齿龙类(Sphenacodontids)大腿骨的第四转子大而显著,且其前部的尾肋和人字骨也很显著,另一方面,三叠纪的真兽齿类(Eutheriodonts)和二齿兽类(Dicynodonts)确切无疑地缺失第四转子,这样我们大概知道尾股肌系的丢失这个事件,大致应该发生在晚二叠。另外,丽齿兽类(Gorgonopsids)的大腿骨具有明显的第四转子,这样综合来看,似乎尾股肌系的丢失在真兽齿类和二齿兽类中独立地发生了两次,这背后的可能原因很耐人寻味,因为这两个类群是唯二的在二叠纪 - 三叠纪大灭绝事件中得以幸存的支系,这两个类群中许多种类是营掘穴式的生活的,可能这种特殊的生活方式使得它们在大灭绝事件的气候变化中幸存下来,并且掘穴式的生活方式导致它们失去了尾股肌系。
简单来说,我们的哺乳动物合弓纲祖先因为太菜,在二叠纪 - 三叠纪大灭绝里惜败蜥形纲,丢失了尾骨肌系和股骨第四转子,从而放弃了二足步行的可能性。
在那以后,恐龙开始崛起,而哺乳动物变成了蝇营狗苟在树上讨生活的夜行性老鼠样动物。
*(夜行性假说:目前认为大多数哺乳动物视觉不强,且只有二色觉(人类是三色觉),也就是色弱加色盲的一个状态,是对于恐龙时代竞争不过蜥形纲而做出的夜行性生活的适应)
另外一点,看图中可以得知,树栖也是当时哺乳动物的一个特征,对于树栖生物来说,四条腿行走能很好地抓握树枝,保持平衡。
所以到此我们的答案已经呼之欲出了。
哺乳动物就不可能出一个顶级猎食者是狗头霸王龙,因为狗打不过猫,顶级猎食者应该是猫头霸王龙:
不是,说错了
是哺乳类的顶流掠食者就不应该是二足直立的,而是老虎这样的猫科动物。
4 现代版的顶流掠食者是怎样的?
现代哺乳动物的霸主你也知道了,确实是二足直立的人类,可见二足直立确实有一定优势,但是人类不需要犬齿獠牙,只需要智慧的大脑,以及灵活的上肢就够了。
别看人类现在这样,刚开始二足步行的时候也是跌跌撞撞的,打了好多补丁才变成现在这样。
毕竟二足行走这是哺乳动物从二叠纪以后就放弃了的进化路线,几亿年了,前路该怎么走,没其他动物告诉我们。
但是我们还是做到了。
all hail homo!!
以上~
ref:1探秘“两脚兽”:人类并不孤单丨浙江大学生命演化研究中心
2The Anatomical and Functional Evolution of the Femoral Fourth Trochanter in Ornithischian Dinosaurs