如果世界上有一种跟老虎体重差不多的飞禽(健康状态且能飞得很高),那它能打几只老虎?
我就说知乎还没打过老虎的要注意点吧,今天轮到风神翼龙,下一个说不定就是你了:
为什么我说是风神翼龙?
题主很巧妙地给题目限制了飞禽。
我猜题主出问题的时候脑子里面一定出现的是那些猛禽的样子:
金雕,体长一米左右,但是体重最重的也只有6公斤左右,一般是3-6公斤,它最猛的时候却可以捕猎小羊羔体型(20斤左右)的猎物:
老虎体重是200公斤左右,按照等比例换算的话,一只200公斤的神雕可以抓800公斤的猎物,那打老虎岂不是一次可以抓三个?
但是现实中可不能直接这么算,生物长大的时候并不是等比例放大的。
先来个概念:
异速增长关系(Allometric scaling)*1
指的是生物体的某些属性与体重或体积之间的非线性比例关系,最初由Otto Snell于 1892 年首次提出,达西·汤普森 (D'Arcy Thompson)于 1917 年发表在《论成长与形态》(On Growth and Form),朱利安 ·赫胥黎于 1932 年以公式发表。
这种关系通常以幂函数的形式表示,log y = α log x + log b
其中x是身体尺寸,y是器官尺寸,log b是直线在 y 轴上的截距,α 是直线的斜率,也称为异速生长系数。
举个简单的例子,当时赫胥黎发现雄性招潮蟹Uca pugnax的第一对钳子(螯)真是超乎寻常的大:
于是他测量了不同发育阶段螃蟹的体型和螯尺寸,并将两者之间的关系绘制在图表上。结果是曲线关系,这条线的斜率比 1 要陡。这意味着,随着时间的推移,身体尺寸每增加一个单位,螯尺寸就会按比例增加。因此,赫胥黎推断,招潮蟹的螯之所以如此地大,是因为螯的生长速度比身体其他部分快。
这还是同一物种,小时候的招潮蟹钳子比例还相对正常,当它成长起来以后比例就不对了。
要是不同物种的话问题更大,简单来说,把猫等比例放大能变成老虎吗?
答案是否定的。
对于一般的物体来说等比例缩放受平方立方定律支配。
假如生物体是个无机的立方体的话,你会发现放大的时候其可用的表面积将增加四倍,而其体积和质量将增加八倍。
这可能会给有机的活体生物带来大麻烦。在上述情况下,动物现在需要支撑八倍身体的生物活性组织,但其呼吸和消化的表面积仅增加了四倍,导致缩放和物理需求之间的不匹配。
骨骼也是同样的道理,体重放大以后还能否支撑对应体重?
所以不能简单类推的,如果要把猫放大到老虎的样子,那么为了支撑体重,老虎的爪子应该跟河马的一样大,但是老虎的爪子看起来还挺正常?那是因为老虎的肉垫比猫的厚很多。
科学家Chi 等对 47 种食肉动物的脚分析显示,它们的肉垫面积的增加速度与身体尺寸的增加速度不同。但脚垫的硬度和厚度确实会随着尺寸的增加而增加,这就是防止较大动物的脚变得笨重的原因。*2
所以对于鸟也是同样的道理,你不能说金雕放大40倍就变成了可以和老虎打的250公斤神雕。
尤其是你还要让它飞起来。
飞行,没你想的那么简单
现在我们又来思考一个问题,飞机为什么能飞?
可能你立马会想到一个简单的答案》》伯努利原理:机翼的特殊设计使得上方空气流速加快,压强降低,下方空气流速较慢,压强大,从而产生向上的升力。
要是事情真的这么简单,制造飞行器的时候就不会花那么多钱修风洞来测试了。
实际生活中,飞机为了能飞起来,还要考虑机翼的形状(翼型)、攻角(Angle of Attack)(飞机的机翼与相对风向的夹角,即攻角,也是产生升力的关键)、反作用力、环量理论(环量是流体力学中的概念,用于描述流体绕过物体时的旋涡生成,对于理解升力有重要作用。在机翼设计中,环量理论帮助工程师计算和优化升力与阻力的平衡。)纳维-斯托克斯方程(N-S方程)(这些方程理论上可以完整描述流体流动,包括飞机周围的空气流动,是现代飞机设计中不可或缺的理论基础。)、襟翼的使用等等复杂的事情。
飞机考虑的事情太多了,鸟只要扑棱翅膀就可以飞起来了不是吗?
绝对不是!
首先,鸟是恐龙的后裔,继承并发扬了恐龙优秀的中空骨骼,但是饶是如此,还是需要超强大的呼吸系统(哺乳动物奔跑的时候会压迫胸腔,使呼吸受限,而鸟的呼吸系统不受此限制)以及超快速排便(直接窜稀,鸟类形成不了成型的粪便)的消化系统等等支撑,最大程度减轻体重,以便起飞。
所以飞禽体重是有一定上限的
以最大猛禽角雕为例:
诶,不是这个角雕,是这个:
角雕就算不是最大的鹰,也是最大的之一了。它的体重也才8公斤。离200公斤还差很多想象力。
那我们世界上能飞的最大的鸟是什么?
是科里鸨(Ardeotis kori)。
这些南非鸟类重达 19 公斤,翼展长达 2.75 米。虽然它们可以飞行,但这些巨大的鸟类大部分时间都在地面上寻找食物,如毛毛虫、屎壳郎以及各种草和种子。
这里顺带一提我们国家的一级保护动物大鸨,Otis tarda,也是一种大鸟。成年雄性的峰值体重约为18公斤。像其他鸨一样,大鸨飞行能力很强,会飞离危险——尽管反复尝试飞行会让它们筋疲力尽。
事情变得有趣了,这些能飞的大鸟,脖子和腿好像变长了诶。
再看看世界上最大的鸟,鸵鸟(100公斤左右):
鸵鸟不会飞行,脖子变得更长了。
为什么鸵鸟的脖子这么长?
现有理论认为鸵鸟更长的脖子有助于它们的视野,能够发现猎物躲避危险,以及对头部的支撑等原因。
总而言之一句话,鸟类体重上去了以后,飞行就会减配,毕竟飞行是个非常累的事情(平时有观察小鸟的朋友可以发现,尤其是珠颈斑鸠啥的,不喜欢飞,一般都是在地上走,除非你靠的很近了,它们才飞走)
所以飞行减配以后,为了更适应陆地上的生活,脖子通常会变长。
因为要测试一个鸟能不能飞,跟飞机需要风洞测试一样复杂,与其去设想这个,我们直接拿现成的最好了。
那200公斤体重,能飞,它就是风神翼龙(Quetzalcoatlus)啊!
那我们就试试看风神翼龙对上老虎会出现怎样的场景吧。
话说那是白垩纪一个阳光明媚的下午,风神翼龙正在吃着火锅唱着歌,忽然天上掉下来一堆东西,风神翼龙吓了一跳,还以为是陨石,没想到是一些散装老鼠。
风神翼龙和老虎四目相对,还没决定好自己在哪个生态位,要不要吃老虎。
问题一:风神翼龙到底吃什么?
这个问题困扰了科学家很久,虽然这家伙看起来非常的大,跟长颈鹿差不多高,但是主要长的地方是脖子,如果没有强大的消化道,那么其实也吃不了太大的东西。
甚至一开始还有科学家推测风神翼龙是吃腐肉的,因为发现风神翼龙化石的附近有阿拉摩龙的头骨,这种恐龙体长30米,风神翼龙不可能正面刚,所以推测是腐食的。
但是1996年,雷曼和兰斯顿否定了食腐假说,他们指出专门食腐鸟类的钩状喙下颌向下弯曲得非常厉害,即使完全闭合,它和上颌之间仍然存在超过5厘米(2.0英寸)的间隙,这使得它与上颌非常不同。
他们认为,风神翼龙拥有长长的颈椎和长长的无牙下颌,它们的进食方式就像现代的剪嘴鸥,用低空飞掠式捕鱼,在飞行时捕捉鱼,同时用喙劈开波浪,就像犁地一样。
虽然这种观点被广泛接受,但直到2007年又被一项研究推翻了,当时的一项研究表明,对于如此大型的翼龙来说,这并不是一种可行的方法,由于阻力过大,能量成本会太高*3。
2008年,翼龙研究人员马克·威顿(Mark Witton)和达伦·奈什(Darren Naish)发表了一份关于风神翼龙可能的进食习惯和生态学的研究*4。
威顿和奈什指出,大多数神龙翼龙类都发现于远离海洋或其他大型水域的内陆沉积物中。
此外,其喙、下巴和颈部的解剖结构与任何已知的“飞掠式”捕鱼的鸟类都不同。相反,他们的结论是 神龙翼龙类更有可能是陆地追踪者,类似于现代的鹳,它们可能在陆地或小溪中捕食小型猎物。
比如秃鹳
脖子长,喙长,体态比较接近风神翼龙,主要栖息于热带和亚热带山地平原和低山多沼泽的森林地带,常在湖边、水塘、水淹平原、沼泽、干早河床、林中水塘与溪流以及水稻田中活动。
平时吃各种动物尸体,大型昆虫、鱼、鼠、鸟等为食。
虽然体重比角雕和金雕重很多(10公斤左右),也能飞,但是它们可吃不了羊那么大的猎物。平时能解决的猎物也就一两公斤。
也就是说,风神翼龙可能没有楼上想的那么猛,毕竟它脖子和喙那么长,可能更偏向在陆地上找吃的。
估计最大能捕猎的猎物也就20-40公斤这样。很明显吃不了老虎。
不过据科学家推测,风神翼龙可能是靠四肢力量起飞的。那么它的四肢力量应该非常强大,那么能不能跟老虎对打呢?
终极挑战:风神翼龙VS老虎
不要小看猫科动物:
成年花豹雄性的体重最高也就在70公斤左右,鸵鸟体重在63.5 至 145 公斤之间,最重的花豹和最轻的鸵鸟,体重相当。
但是在非洲大草原上,花豹是会捕食鸵鸟的。
并且被记录下来的次数还不少。所以鸵鸟也就能欺负一下体重比它小很多的鬣狗啥的猫型亚目动物。
所以我们可以认为,对于不会飞的鸟,同体重的猫科动物是完胜的。
不过风神翼龙会飞,那么四肢力量应该胜于鸵鸟。但是前面说过了,鸟的体型不能等比放大,攻击方式也不能等比例放大。
金雕游隼等猛禽靠高速俯冲的方式突袭猎物(游隼是飞行最快的鸟类)
游隼在攻击猎物时,其动量非常惊人,这主要归功于它俯冲时的极高速度。根据参考内容,游隼的俯冲速度可以达到每小时322公里至389公里。动量(p)是物体的质量(m)与其速度(v)的乘积,计算公式为 。
假设游隼的平均体重为1000克(1千克),在俯冲速度为322公里/小时(约89.44米/秒)时,其动量大约为:
如果以最高速度389公里/小时(约107.99米/秒)计算,动量则为:
这个冲量,出门玩耍的小羊be like:
所以猛禽能够迅速击晕或杀死小型猎物。
但是我再强调一次,风神翼龙这个体格和喙,决定了它不是猛禽啊。
所以它不会是游隼式俯冲攻击,但是鉴于体型碾压老虎,所以打应该是打得过,打得过也不吃老虎。
老虎目前还是安全的。
能打几只老虎?这个真不好说,虽然同体重的猛禽打猫跟闹着玩一样,但是风神翼龙不是猛禽,老虎也不是猫啊。体重一旦成倍增加,造物主需要考虑的事情就多了。
所以总体结论:
面对这种体型能飞的鸟,一对一老虎估计没有胜算,但是大鸟能不能一打多也是个问题。
毕竟这个体型决定它的生态位不可能是猛禽,它要受限的也很多,而且现在也不是白垩纪的含氧量了。它体型估计也到不了风神翼龙这么大。
以上!
ref:
1https://en.wikipedia.org/wiki/Allometry#Allometric_scaling
https://en.wikipedia.org/wiki/Quetzalcoatlus#cite_note-witton&naish2008-3
2Scaling and mechanics of carnivoran footpads reveal the principles of footpad design," Kai-Jung Chi and V. Louise Roth, Journal of the Royal Society Interface.
3Humphries, Stuart; Bonser, Richard H. C.; Witton, Mark P; Martill, David M (2007). Did pterosaurs feed by skimming? Physical modelling and anatomical evaluation of an unusual feeding method
4Witton, Mark P.; Naish, Darren (2008). A Reappraisal of azhdarchid pterosaur functional morphology and paleoecology