這些不存在的生物,被科學(xué)家送上了天
你能猜出這些可(yin)愛(ài)(jian)的神話動(dòng)物都是啥嗎?
在世界各地的神話和傳說(shuō)中,都出現(xiàn)過(guò)幻想中的神奇生物。值得注意的是,其中很多都會(huì)飛行。但是,如果不考慮超能力,其中很多生物似乎都很難在現(xiàn)實(shí)世界中起飛。如何重新設(shè)計(jì)這些生物,讓飛馬、天使甚至東方的龍飛起來(lái),就成了一個(gè)很有趣的生物力學(xué)問(wèn)題。在這篇原刊于《環(huán)球科學(xué)》5月新刊的文章中,我們將看到:當(dāng)一位古生物學(xué)家與一位插畫(huà)家相遇,他們將如何為我們打開(kāi)飛行的腦洞。
撰文 | 邁克爾·B。哈比卜(Michael B。 Habib)、特瑞爾·惠特拉奇(Terryl Whitlatch)
翻譯 | 楊玉潔
在世界各地的神話和傳說(shuō)中,都出現(xiàn)過(guò)幻想中的神奇生物。它們形態(tài)各異,有的擅長(zhǎng)奔跑,有的擅長(zhǎng)滑翔,有的擅長(zhǎng)游泳,有的擅長(zhǎng)挖洞。值得注意的是,其中很多都會(huì)飛。作為研究鳥(niǎo)類和翼龍的古生物學(xué)家(哈比卜)和為書(shū)籍和電影設(shè)計(jì)幻想生物的插畫(huà)師(惠特拉奇),我們對(duì)飛行動(dòng)物的生物力學(xué)十分感興趣,也希望讓這些動(dòng)物可以盡量顯得真實(shí)可信。在這篇文章中,我們講解了3種想象中的生物,并進(jìn)一步解釋了如何基于現(xiàn)實(shí)中的科學(xué)讓它們飛起來(lái)。
重塑經(jīng)典:飛馬
飛馬在神話和傳說(shuō)里隨處可見(jiàn),其中最有名的大概是希臘神話里的珀加索斯(Pegasus),它在英雄珀?duì)栃匏垢钕律甙l(fā)女妖美杜莎的頭顱時(shí),從血泊中一躍而出。此外,還有一種不那么出名的生物,叫做駿鷹(hippogriff):它一半是馬,一半是猛禽,不僅能像馬一樣在地上奔馳,還能像鷹一樣在空中飛行。
這一次,我們將經(jīng)典的駿鷹重新想象成馬和翼龍的混合體。
這種混搭可以讓駿鷹在體型與馬相當(dāng)?shù)那闆r下,也擁有可以在現(xiàn)實(shí)中飛翔的能力。對(duì)巨型翼龍(比如風(fēng)神翼龍、北風(fēng)冰龍和哈特茲哥翼龍)而言,有幾個(gè)因素似乎特別關(guān)鍵,可以讓它們?cè)趽碛旋嫶篌w形的同時(shí)保持飛行的能力:它的骨頭輕巧而有力;它的翅膀是一層由肌肉和皮膚構(gòu)成的膜,而不是厚重的羽毛;它的翅膀在收起時(shí)很可能可以配合后肢推動(dòng)自己從地上起飛,這比單獨(dú)用后肢進(jìn)行跳躍要有力得多。我們?cè)谠O(shè)計(jì)駿鷹(實(shí)際上是龍馬)時(shí)也希望它可以像翼龍一樣,用翅膀輔助起跳,從而更容易飛起來(lái)。
這種起飛方式既適用于前肢兼作翅膀的四足飛馬,也適用于在四足之外還有翅膀作為第三組肢體的六足飛馬。如果是六足飛馬,翅膀還可以和奔跑的四肢一起配合,以一種更舒展的姿態(tài)推進(jìn)起飛。不過(guò)這兩種配置需要考慮的重點(diǎn)完全不同,如果要讓六足動(dòng)物飛行,只需要在它們的背上堆疊肩胛骨;而要讓四足動(dòng)物飛行則需要完全不同的肩膀構(gòu)造,因?yàn)檎嬲鸟R并不能將前肢抬至兩側(cè),更不用說(shuō)展開(kāi)至后背上了。
想讓這種體型與馬相似的幻想生物起飛,最現(xiàn)實(shí)的方式還是讓翅膀的肌肉承擔(dān)雙重任務(wù),也就是讓翅膀與起飛的過(guò)程密切相關(guān)。根據(jù)脊椎動(dòng)物特有的肌肉生理學(xué)和骨骼強(qiáng)度,以及四足飛馬形似翼龍的體形,360千克已經(jīng)是這種生物想要保持飛行所能承受的最大重量了。不過(guò),如果飛馬的骨頭里有許多空隙,就像巨大的翼龍(以及今天許多鳥(niǎo)類)一樣,那么它就可以在達(dá)到馬匹大小的同時(shí)使體重小于360千克。
反過(guò)來(lái)說(shuō),我們也可以通過(guò)增加肌肉的含量或者設(shè)計(jì)更擅長(zhǎng)跳躍的肢體,突破體型的限制。有了正確的解剖結(jié)構(gòu),即使一匹550千克重的龍馬也可以飛翔。
就像蝙蝠或者早已滅絕的翼龍一樣,在我們的飛馬身上,背部肌肉負(fù)責(zé)上行沖程,胸部肌肉負(fù)責(zé)下行沖程。相反,鳥(niǎo)類的胸部?jī)山M肌肉都有。如果飛行肌肉像蝙蝠或者翼龍那樣排布,胸部的大小會(huì)比較合理。如果是像鳥(niǎo)一樣,胸腔就必須大到讓人覺(jué)得笨拙。因此對(duì)六足飛馬來(lái)說(shuō),像蝙蝠或翼龍那樣飛行或許是更現(xiàn)實(shí)的選擇,畢竟它堆疊的肩胛骨無(wú)法容納鳥(niǎo)類那樣龐大的肌肉組織。
神話里的天使
無(wú)論在猶太教還是基督教的故事、藝術(shù)中,“天使”都處于非常核心的地位,但在現(xiàn)存的文本中卻很少出現(xiàn)對(duì)它們外表細(xì)節(jié)的描繪。在現(xiàn)代人的詮釋中,這些形象被描繪成長(zhǎng)著翅膀的人,但故事中對(duì)天使為數(shù)不多的描繪卻暗示了更復(fù)雜的可能性。在這些描述中,它們往往很可怕,據(jù)說(shuō)任何遇到它們的人類都被恐懼感所壓倒。在兩卷十分重要的書(shū)籍中也包含了對(duì)天使外表最詳盡的描繪:兩書(shū)都描繪了4位相同的天使,有時(shí)它們又被稱為“四活物”。
兩本書(shū)中的描述在某些細(xì)節(jié)上是一致的,但卻有著顯著的區(qū)別。在其中一本里,這些強(qiáng)大的天使被描繪為像獅子、牛、人和鷹。而在另一本中,卻是只有它們的臉與這些生物相似。有一本書(shū)中的天使有三對(duì)翅膀,而另一本中的天使有兩對(duì)覆滿眼睛的翅膀,書(shū)中還用“盤(pán)旋”這樣的詞描述了它們的飛行過(guò)程:當(dāng)天使在上帝寶座附近盤(pán)旋時(shí),周圍是一片電閃雷鳴的景象。
在一條著名的早期解釋中,四活物等同于四位福音傳道者,也就是說(shuō)獅子代表馬可,牛代表路加,鷹代表約翰,而人則代表馬太。
我們?cè)噲D以馬太為基礎(chǔ)來(lái)重構(gòu)這些傳說(shuō)故事中的天使。為此我們需要深入研究真實(shí)世界的化石記錄,為設(shè)計(jì)天使的身體尋找靈感。我們研究了小盜龍,這是一種擁有4只翅膀、可以飛行的恐龍。近期研究表明,小盜龍及其近親可以通過(guò)一種特殊的方式在飛行時(shí)獲得穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性。它們或許是通過(guò)扇動(dòng)前翅并將后翼放在身體下方來(lái)獲得這種特性的。我們?cè)O(shè)計(jì)的馬太也擁有通過(guò)扇動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)力的前翅,以及可以豎起的后翼。
在設(shè)計(jì)整體比例時(shí),我們望向了已知最大的空中動(dòng)物:神龍翼龍(giant azhdarchid pterosaurs)。這些會(huì)飛的爬行動(dòng)物包括風(fēng)神翼龍和北風(fēng)冰龍,兩者均能長(zhǎng)到50千克以上,翼展超過(guò)10米。這些巨大的翼龍擁有奇怪的特性,都是“頭重腳輕”的動(dòng)物,擁有巨大的頭、胸和前肢。在描繪馬太時(shí),我們就借用了北風(fēng)冰龍的脖子,在設(shè)計(jì)面部時(shí)我們借用了人形(但明顯是外星人)的頭。此外,這個(gè)馬太的形象還擁有寬廣而飽滿的胸部,在翅膀前掠時(shí),它的升力中心也與質(zhì)量重心完全吻合。由此組合搭配出的生物既壯觀又可怕,并且最重要的是,它們?cè)谏锪W(xué)上是可行的。
無(wú)翼飛翔:亞洲的龍
亞洲的龍,尤其是中國(guó)、越南和日本神話中的龍,很難以一種解剖學(xué)上可信的方式呈現(xiàn)出來(lái),因?yàn)檫@些形象通常是在沒(méi)有翅膀的情況下飛行的。它們通常擁有蛇形的身體,但在傳說(shuō)中卻與蛇沒(méi)什么關(guān)系。相反,這些龍通常被描述為與哺乳動(dòng)物和魚(yú)(尤其是鯉魚(yú))擁有共同的特征,并且與河流、雨水、閃電和風(fēng)暴有關(guān)。
為了從現(xiàn)實(shí)世界中找到更好的原型,我們轉(zhuǎn)向了沒(méi)有翅膀的生物。金花蛇屬中的“滑翔蛇”就做得很漂亮,它能在沒(méi)有四肢的情況下一次飛行十多米?;枭邥?huì)通過(guò)在空中完成一系列S形曲線的動(dòng)作來(lái)扭動(dòng)身體,同時(shí)完成滑行。這完美契合了中國(guó)和日本傳統(tǒng)藝術(shù)中對(duì)蜿蜒盤(pán)旋的飛龍的想象。金花蛇來(lái)自東南亞,這使得它在地域上也適合作為飛龍的原型。就像金花蛇一樣,我們?cè)O(shè)計(jì)的這條龍要想在解剖學(xué)上合理,還需要通過(guò)扁平的身體和在空中形成S型的曲線來(lái)增加飛行的面積。為了有助于解釋巨龍的體型,我們還在它的身體和四肢上增加了一些額外的“帶狀物”,以此增加飛行時(shí)的表面積。
我們還需要從現(xiàn)實(shí)世界中其他不同尋常的蛇身上尋找靈感,從而豐富龍的形象。比如我們?cè)隈R達(dá)加斯加葉鼻蛇(蘭加蛇屬,Langaha)身上尋找了到了龍身上的“胡須”。這些蛇的鼻子會(huì)伸出一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的、靈活的附屬物。通過(guò)采用這樣的結(jié)構(gòu),我們就為飛龍創(chuàng)造出一套胡須狀的結(jié)構(gòu)。而亞洲的藤蔓蛇(瘦蛇屬, Ahaetulla)則啟發(fā)我們描繪出了龍狹窄的臉、水平的瞳孔以及眼眶上的脊。
這條龍與森林中的溪流有關(guān)。它能游泳、攀爬和滑翔,是一種適應(yīng)性很強(qiáng)的捕食者。我們?cè)谏厦嫣岬降乃猩叨紝iT(mén)捕食蜥蜴。它們的尖牙位于下巴后方,其毒液可以使其他爬行動(dòng)物癱瘓。事實(shí)上,在許多地區(qū),蜥蜴和蛇的主要天敵就是其他的蜥蜴和蛇。
考慮到這一點(diǎn),我們認(rèn)為對(duì)年輕的西方龍(也就是有翅膀的龍)來(lái)講,最大的威脅便是其他的龍,特別是來(lái)自于東方的蛇形無(wú)翼龍。因此,我們從現(xiàn)實(shí)生物中汲取的靈感無(wú)形中幫助我們的龍創(chuàng)造出了一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)。通過(guò)考察現(xiàn)實(shí)動(dòng)物的形態(tài)以及功能之間的關(guān)系,我們可以從解剖學(xué)和行為學(xué)的角度來(lái)重新想象神話中的生物。
本文作者:
邁克爾 · B。 哈比卜是洛杉磯自然歷史博物館的古生物學(xué)家和生物力學(xué)家。他主要研究翼龍、鳥(niǎo)類和帶羽毛恐龍的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)。
特瑞爾 · 惠特拉奇是一位插畫(huà)師,擅長(zhǎng)動(dòng)物解剖、古生物重建以及幻想生物設(shè)計(jì)。她曾為《星球大戰(zhàn)》等電影設(shè)計(jì)過(guò)動(dòng)物角色。
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