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霸王龍足以碾碎汽車的咬合力是怎么做到的?

一臺為了研究霸王龍強大咬合力而生的機械霸王龍咬斷一根骨頭。 雖然霸王龍的頭骨看起來是由關節連起,但是現在科學家認為霸王龍必須要有牢牢固定在一起的頭骨才能發揮碾碎

一臺為了研究霸王龍強大咬合力而生的機械霸王龍咬斷一根骨頭。 雖然霸王龍的頭骨看起來是由關節連起,但是現在科學家認為霸王龍必須要有牢牢固定在一起的頭骨才能發揮碾碎獵物的爆發力。 PHOTOGRAPH BY ROBERT CLARK, NAT GEO IMAGE COLLECTION

插圖描繪一只霸王龍撕開獵物。 ILLUSTRATION BY BRIAN ENGH, WWW.DONTMESSWITHDINOSAURS.COM

插圖描繪一只霸王龍撕開獵物。 ILLUSTRATION BY BRIAN ENGH, WWW.DONTMESSWITHDINOSAURS.COM

(神秘的地球uux.cn報道)據美國國家地理(撰文:JOHN PICKRELL 編譯:石頤珊):霸王龍足以碾碎汽車的咬合力,是怎么辦到的?古生物學家說,這種強大的恐龍「就是那些在先天設計上高度優化的動物之一。 」

霸王龍(Tyrannosaurus rex)足以碎骨的一咬能在它悲慘的獵物身上施加高達約5.4公噸的壓力,可以碾毀一臺車。 不過,雖然霸王龍強大的咬合力已得到多項證據支持,科學家卻開始爭論,它如何以看似接合松散的頭骨施展如此力道。

答案是,它并沒有,這是一套霸王龍的新模型,在仿真它大口咬下時于頭骨上運動的所有應力(stress)與應變(strain)時給出的回答。 9月刊載在《解剖學紀錄》(The Anatomical Record)期刊上的模型結論顯示,霸王龍的頭骨必須牢牢地固定在一起,才能施展出如此駭人的咬合力。

編按:應力為單位面積所承受的作用力,應變則為由于外力作用而造成的形狀改變。

「霸王龍就是那些在先天設計上高度優化的動物之一。 」研究共同作者卡西. 霍利迪(Casey Holliday)說道,他是密蘇里大學醫學院的古生物學家。 「它有這些巨大的頷部肌肉,而且因為它有牢牢固定在一起的頭骨,所以霸王龍能夠非常有效率地提取肌肉力量且將之運用于獵物身上。 」

沒有轉動空間

霸王龍頭骨上有部分骨頭之間存在關節的說法相當普遍,霍利迪說道。 這個說法有一部分是根據霸王龍化石的外貌,另一部分則是因為有些現生的恐龍親戚,包括鸚鵡和蛇在內,都有著部分骨頭可活動的可動性(flexibility)頭骨。 尤其爬行類有一系列骨頭將它們的腦殼和上顎鏈接在一起,然后再連到下顎,或說下頷骨。

「這和哺乳動物的頭骨非常不同,例如我們的頭骨只有兩個部分:裝大腦的部分和下頷骨。 」霍利迪說道。

然而,霸王龍也有可動性頭骨的說法帶來了數學上的問題。

「試想你長著這顆像霸王龍一樣的巨頭,長約180公分長且寬約120公分,還有龐大的咬合力...... 如果你在這些系統中加上可動性,那么失誤的機率勢必會大幅增加。 」霍利迪說道。

「你會想集結從肌肉而來的所有力量,并且經由牙齒把它施加在獵物身上,而不是讓力量透過一堆搖動的關節發出。 」

為了測試這個想法,霍利迪和他之前指導的研究生,現職美國賓州里丁市奧爾布賴特學院(Albright College)助理教授的伊恩. 寇斯特(Ian Cost)一起做出霸王龍頭骨的數字模型,這些模型頭骨的上顎有些可以像守宮一樣向側邊翻開,有些可以像灰鸚鵡一樣上下活動。 研究人員接著為這些頭骨活動時的生物力學建模。

團隊發現,這些肉食動物在頭骨上部的接合地方處于大致不動的狀態下,最能有效地施加壓力,雖然微量的可動性有助頭骨抵抗施加其上的極大力量。

「霸王龍的面部和顱骨并不能移動...... 這支持我們的結論,即霸王龍咬獵物時,嘴巴的(上顎)骨頭不會動。 」寇斯特說道。 意即這個物種能夠比它有著可動上顎的祖先或親戚,更有效地利用頷部肌肉的全部力量。

舉重若輕

「這篇研究對細節投注了大量心力,其所呈現的成果不只展示霸王龍的頭骨可以抵抗非常高的咬合力,還精確地呈現霸王龍是如何辦到的。 」勞拉. 波羅(Laura Porro)說道,他是倫敦大學學院(University College London)的化石生物力學專家。 波羅補充,現在這篇研究將能協助研究人員判斷其他化石動物的頭骨可動性。

俄克拉何馬州立大學土爾沙分校(Oklahoma State University in Tulsa)的古生物學家艾瑞克. 史尼夫利(Eric Snively)也對霸王龍的攝食機制有所涉略,他說這篇研究「有助于解答霸王龍為何能夠擁有居于陸生動物之首的咬合力量。 」

霸王龍非比尋常,他表示,因為它們嘴巴前方的牙齒最強壯,和鱷魚之類的掠食者不一樣,后者用來咬碎獵物的牙齒在吻部后方。

「它們的吻部由鼻梁上錯綜復雜的骨頭組成,但是直到這篇研究為止,我們都不清楚顱骨其他部分的作用。 」他說。

「現在我們逐漸得知它們頭骨的解剖全貌,這對厘清霸王龍如何發揮足以舉起好幾臺小卡車的咬合力量很有幫助。 」




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