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为什么给鸡装上假尾巴后,它的走路姿势会变得像恐龙一样?

Capri23auto / CC0

为什么给鸡装上假尾巴后,鸡的走路姿势会变得像恐龙一样?其它鸟类也会这样吗?

090811mario,公众号:090811mario

太长不看版:因为假尾巴导致鸡站立时的重心往后移动,并影响了后肢骨骼的发育,从而改变鸡的行走姿势,变得像是一只“霸王龙”。

有人工尾巴的鸡 https://www.zhihu.com/video/1247931618259144704

这个视频源自一项实验,研究人员利用鸡来研究兽脚类恐龙的运动。在叙述实验过程之前,我们先来了解一下鸡和兽脚类恐龙的肢体姿势和运动。(***我下文所说的兽脚类均指非鸟类兽脚类)

1.为什么会选用鸡?

因为鸡(鸟类)是由兽脚类恐龙演化而来的,鸡与其恐龙祖先有许多共同特征,如两足行走、毛绒绒、气囊呼吸系统等。同时也有许多差异,重心位置就是其一,兽脚类恐龙的重心靠后,鸟类的重心靠前。

重心发生变化,是因为鸡的兽脚类祖先有一条长尾巴,尾椎上附有发达的肌肉群,其中尾股长肌(CFL)从尾椎延伸到大腿上,如此一来,在强大肌肉的牵引下,兽脚类恐龙的重心更靠近臀部

M.caudofemoralis longus=尾股长肌

但要注意,不同种类的恐龙拥有不同长度的尾股长肌,肌肉在大腿上的附着点也不同,后肢形态也不同,重心位置也稍有不同,所以每种恐龙的行走方式也有所差异,而这种差异性在鸟类和非鸟类恐龙之间尤为显著

从兽脚类到手盗龙类的过程中,长尾逐渐缩短,尾股长肌也逐渐缩小;从手盗龙类到鸟类的过程中,尾部进一步缩短,并愈合成尾综骨,尾股长肌则完全消失,前肢和胸肌趋于发达这一系列变化导致鸟类站立时重心向前移动

由下至上,非鸟类恐龙到鸟类;图源 xu 2014

由于身体结构存在差异,重心位置也不同,所以兽脚类恐龙和鸟类各自采取了不同的行走策略:

兽脚类恐龙站立时,其股骨接近垂直,行走时,其主要依靠尾股长肌(CFL)提供动力,牵引大腿摆动,完成行走。由于重心靠后和尾股长肌的存在,兽脚类恐龙股骨的运动范围比鸟类大

鸟类站立时,其股骨接近水平,行走时,其主要依靠大腿后侧的肌肉群提供动力,牵引膝关节,完成行走。由于重心靠前和尾股长肌的消失,鸟类股骨的运动范围变小,但膝关节屈曲角度增加

站立姿势时后肢和骨盆的演化:兽脚类(双冠龙)→坚尾龙类(异特龙)→真手盗龙类(伶盗龙)→鸟类(鸸鹋);图源 hutchinson2008

了解完两者的差异后,接下来我会简单叙述实验过程与结果,看研究人员是如何通过改变鸡的重心位置,再现兽脚类恐龙的肢体姿势与运动。

2.给鸡装人工尾巴

研究人员挑选了 12 只小鸡,在孵化两天后就开始人工饲养,并把小鸡们分成三组:①啥都没的(C),②背着铅块的(CW),③装有人工尾巴的(E)。其中铅块和人工尾巴一样重并且尽可能让背着铅块的小鸡重心维持在原位(原因下文讲),至于带人工尾巴的鸡,重心位置明显后移。

COM=重心;图源 doi.org/10.1371/journal.pone.0088458

研究人员为了减少误差,尽最大程度还原出兽脚类恐龙的运动姿势,于是根据第③组每只鸡骨盆的形状进行调整,让每条尾巴的重量都集中在近端,且只占体重的 15%,因为这更接近小型兽脚类恐龙的尾部与身体的重量比。由于小鸡处于成长期,所以还会每五天更换一次尾巴,与时俱进,把小鸡整懵逼了,以为自己真的有长尾巴。

鉴于前人把小鸡单独关在小笼子里,限制鸡群的活动时间,导致结果有问题。这一回,所有的小鸡都被安置在直径为 1.8 米、高度为 1.0 米的圆形围墙内,让它们能够日夜相见、交流、自由奔跑,远离自闭。同时给予它们相同的食物,一起长等量的肥肉,一起快快乐乐地成长,待性成熟后,就能为科学贡献一份力。

好了,这 12 只小鸡性成熟啦,科学家用摄像机录下它们的站姿与行走过程,结果如下:

相比两组无尾鸡,拥有人工尾巴的鸡的股骨长度分别增加了 4%和 7%。站立姿势时,自小到大拥有人工尾巴的鸡,重心更靠近臀部,而且踝关节的弯曲程度增大,所以导致股骨趋于垂直,胫腓骨趋于水平,就像它们的祖先兽脚类恐龙一样。

站立姿势(橙色为拥有人工尾巴,灰色为啥都没)

行走状态时,自小到大拥有人工尾巴的鸡,股骨的运动范围增加,几乎是原先的三倍,而膝关节屈曲角度减少,这意味着从原先的膝关节驱动,逐渐转变成髋关节驱动(股骨和髋臼形成的一个活动性关节),也是如同兽脚类恐龙一样。

所以就出现了视频中的一幕——怂头怂脑,假装自己是只霸王龙~~~

行走过程(从触地到离地期间的后肢姿势图),橙色(E)是有假尾巴的,以此模仿兽脚类祖先,股骨摆动幅度最大;黄色(CW)在鸡背放置了同等重量的铅块;灰色(C)啥都没

此外,由于背着铅块的鸡(黄色)并没有显示出和拥有人工尾巴的鸡(橙色)相同的变化,所以四肢姿势与运动变化的关键因素不是体重,而是重心位置

从结果来看,在小鸡的个体发育过程中添加人工尾巴,改变重心位置,真的可以使鸡的姿势和运动发生变化,变得更像是兽脚类恐龙。当然,也只是像而已,因为这项实验存在一些不足之处

上文说过,兽脚类恐龙向鸟类演化过程中,重心位置的变化是由多种因素决定的,包括但不限于尾部缩短、前肢、胸肌趋于发达等,而这项研究却只考虑了尾部重量这一因素。


所以啊,咱就别想着入手一只小鸡,然后开启“霸王龙”等各种史前兽脚类恐龙养成计划了,毕竟光有假尾巴可不行......