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科學家揭示恐龍如何能擺動其尾羽

2013年05月15日

 

雀鳥由祖先恐龍繼承了短而韌的尾巴，但隨著後天的進化，牠們的尾巴變得更短，更韌，但使他們飛得更出色。

香港大學即將出版的PLOS ONE期刊刊登了一篇文章，介紹兩足肉食性恐龍(獸腳類恐龍)的尾巴如何進化為現今雀鳥那能協助飛行的尾巴。出版時間為香港時間2013 年5月16日上午5時(即5月15日格林威治標準時間晚上10時、太平洋標準時間下午2時、北美東部標準時間下午7時) 。

獸腳類恐龍(如暴龍和現代雀鳥)的尾巴於形狀和功能上有著明顯差異。如早期獸腳類恐龍的尾巴長而強壯，有助保持平衡；而現今雀鳥的短小尾巴則有助控制飛行，尤其在著陸和轉彎時發揮功用。

尾巴的結構和功能取決於不同而重要的指標，包括長度、直徑、尖幼度、重量和是否有助空中活動的羽毛。香港大學地球科學系的文嘉棋博士(Dr Michael Pittman)和來自英國 (Royal Veterinary College and University College London) 和美國 (Brown University) 的協作者集中量度脊椎(尾骨)的尺寸以了解這些尺寸對生物脊椎關節的柔韌度會有何影響。每一關節的可轉動性會影響尾巴整體的可動性和其對動作的抗拒性，利用簡單幾何和生物力學的模型，文嘉棋博士與同事把早期獸腳類恐龍至現今雀鳥的尾巴柔韌度的演化過程復原過來。這研究為尾巴的形態演化提供新而重要的資料，並是首次對這生物力學演化過程進行量化評估。

在獸腳類恐龍尾巴進化的早期階段，關節續漸變得柔軟。那尾巴由最初有利支撐體重和保持平衡，不必不斷地作調整變成適合透過動作去保持平衡，如走鋼線一樣。

然而，在雀鳥(鳥類獸腳類恐龍)的進化中，關節續漸變韌。這令雀鳥的肌肉變得更大力，從而讓牠們那變短而帶更多羽毛的尾巴在飛行時製造出更大的上升力。相對於遠古雀鳥和非鳥類恐龍，後期雀鳥的尾巴有著更大的活動範圍，令牠們能對尾羽的飛行活動面的形狀和角度作出更大幅度的調整。因此，後期的雀鳥能運用更大範圍的飛行動力，這正支持「現今雀鳥比遠古的祖先是更精煉更靈活的飛行動物」的說法。擺動尾巴對現今雀鳥是種重要的能力，但這能力已由早白堊紀開始至今經歷了約1億2千5百萬年的進化。

當被問到研究的重要性時，文嘉棋博士道︰「由希臘神話中Icarus的翅膀至現今繁碌的天空，人類一直對雀鳥的飛行能力著迷。『飛翔』(Aviation) 一詞亦源於『Avis』，即雀鳥的拉丁文。雀鳥的尾巴在研究飛行時往往被忽略，故這研究是對了解鳥類尾巴的力學和復原其進化史重要的一步。明白雀鳥飛行能力的進化跟現代的航空昔昔相關。故此研究除了有助了解進化論，更可能為未來的飛機設計帶來新靈感。我亦期望這研究方法可應用於研究恐龍那如同武器的尾巴如何進化。這問題在近幾百年來一直令十生物學家困惑。」

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編輯備註:
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有關文嘉祺博士和其小組同事的文章，將於發放時間限制解除後於上載至以下網址：http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0063115

圖像解說
圖像與影片可經以下網頁取得: http://www.scifac.hku.hk/news/media?page=1