Herkunft der Aviären Flug

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Januar 12, 2016 Emma Keller H 0 22

Rund 350 BCE, Aristoteles und andere Philosophen der Zeit versuchten, die Aerodynamik der Aviären Flug erklären. Auch nach der Entdeckung des angestammten Vogels Archaeopteryx, vor über 150 Jahren, Debatten weiterhin bestehen in Bezug auf die Entwicklung der Flug. Es gibt drei führenden Hypothesen in Bezug auf die Aviäre Flug: Anspringen proavis Modell cursorial Modell und Arboreal Modell. Archaeopteryx, der älteste bekannte Vorfahr der heutigen Vögel, könnte Hinweise auf die Herkunft der Aviären Flug bereitzustellen.

Flugeigenschaften

Für den Flug nach in Aves auftreten müssen vier physikalischen Kräfte vorteilhaft kombiniert werden. Um für Vögel, um diese Kräfte auszugleichen, werden bestimmte physikalische Eigenschaften erforderlich. Asymmetrische Flügel, bei den fliegenden Vögeln mit Ausnahme von Kolibris gefunden, helfen bei der Herstellung von Druck- und Aufzug. Alles, was durch die Luft bewegt, erzeugt Widerstand aufgrund Reibungskräfte. Die aerodynamische Körper eines Vogels kann Widerstand zu verringern, aber beim Anhalten oder Verlangsamung ein Vogel den Schwanz und Füße benutzen, um den Widerstand zu erhöhen. Gewicht ist das größte Hindernis für Vögel müssen, um Fliegen zu überwinden. Ein Tier kann leichter zu erreichen, indem sie ihre Flug absolute Gewicht. Vögel entwickelten sich aus anderen Theropoden, die bereits durch eine Phase der Zerkleinerung während des Mittleren Jura gegangen war, kombiniert mit schnellen evolutionären Veränderungen. Fliegende Vögel während ihrer Evolution relative Gewicht weiter reduziert durch einige Eigenschaften, wie der Verlust der Zähne, Gonaden-Hypertrophie und Verschmelzung von Knochen. Zähne sind durch eine leichte Rechnung aus Keratin ersetzt worden, und Kauen in den Vogelmagen auftritt. Weitere fortschrittliche physikalische Eigenschaften für den Flug entwickelt sind ein Kiel für die Befestigung von Flugmuskeln und einem erweiterten Kleinhirns für motorische und koordinative. Diese waren zwar graduelle Veränderungen und nicht die strengen Voraussetzungen für den Flug: die ersten Vögel hatte Zähne, am besten eine kleine Kiel und relativ nicht-fusionierten Knochen. Pneumatische Knochen, die hohl oder mit Luftsäcke gefüllt ist, wurde oft als eine Anpassung der Gewichtsreduzierung gesehen worden, aber es war bereits in nicht-fliegenden Dinosauriern und Vögeln in der Tat im Durchschnitt vorliegen haben kein leichter Skelett als Säugetiere der gleichen Größe . Das gleiche gilt für die furcula, einem Knochen, das Skelett verbessert Verstrebungen für die Spannungen des Fluges.

Die Mechanik der Flügel eines aviären beinhalten eine komplexe Zusammenwirken der Kräfte, vor allem an der Schulter, wo die meisten der Flügel 'Bewegungen statt. Diese Funktionen hängen von einer präzisen Gleichgewicht der Kräfte der Muskeln, Bänder und Gelenkknorpel sowie Trägheitsgravitations und aerodynamischen Belastungen auf den Flügel.

Theories

Anspringen proavis Modell

Eine Theorie eines stürzen proavis wurde zuerst von Garner, Taylor und Thomas im Jahr 1999 vorgeschlagen:

Die Autoren glaubten, dass diese Theorie hatte vier Haupttugenden:

  • Es sagt die beobachtete Folge von Zeichenerfassung in Vogel Evolution.
  • Es sagt eine Archaeopteryx ähnliches Tier, mit einem Skelett mehr oder weniger identisch mit terrestrischen Theropoden, mit wenigen Anpassungen flattern, aber sehr fortschrittliche aerodynamische asymmetrische Federn.
  • Es erklärt, dass primitive pouncers konnte mit erweiterten Flugblätter nebeneinander existieren, da sie nicht zum Fliegen Nischen zu konkurrieren.
  • Es erklärt, dass die Entwicklung der langgestreckten rachis tragenden Federn begann mit einfachen Formen, die einen Vorteil durch die Erhöhung Drag produziert. Später konnte feiner Feder Formen beginnen, auch Aufzug.

Cursorial Modell

Ein cursorial oder "running" Modell wurde ursprünglich von Samuel Wendell Williston 1879 vorgeschlagenen Diese Theorie besagt, dass "Flug im laufenden Zweibeiner durch eine Reihe von kurzen Sprüngen weiterentwickelt". Da die Länge der Sprünge verlängert wurden die Flügel nicht nur für Schub, sondern auch für die Stabilität verwendet, und schließlich beseitigt das gleitende Zwischen. Allerdings wurde diese Theorie in den 1970er Jahren von John Ostrom modifiziert, um die Verwendung von Flügeln als insekten Futter Mechanismus, der dann in eine Flügelschlag entwickelt beschreiben. Forschung wurde durch Vergleich der Menge an Energie, die durch jeden Jagdverfahren mit der Menge an Nahrung gesammelt wendet geführt. Der potenzielle Jagdvolumen verdoppelt sich durch Laufen und Springen. Um die gleiche Menge an Nahrung zu sammeln, würde Archaeopteryx weniger Energie durch Laufen und Springen, als allein durch Laufen aufwenden. Daher würde die Kosten / Nutzen-Verhältnis günstiger für dieses Modell. Aufgrund Archaeopteryx lang und aufrecht Bein, Unterstützer dieses Modells sagen, die Art war eine terrestrische Vogel. Diese Charakteristik ermöglicht eine Festigkeit und Stabilität der Hinterbeine. Schub durch die Flügel in den Beinen verbunden mit Antriebs hergestellt erzeugt die Mindestgeschwindigkeit erforderlich, um Flug zu erreichen. Diese Flügelbewegung wird gedacht, von asymmetrischen Antriebsschlagbewegung entwickelt haben. So wird durch diese Mechanismen, war in der Lage, Archaeopteryx Flug von Grund auf zu erreichen.

Obwohl die Beweise zu Gunsten dieses Modells ist wissenschaftlich plausibel, die Beweise gegen sie ist beträchtlich. Zum Beispiel würde ein cursorial Flugmodell zu sein energisch weniger günstig im Vergleich zu den alternativen Hypothesen. Um Abheben zu erreichen, müsste Archaeopteryx müssen schneller als moderne Vögel um einen Faktor von drei laufen, durch sein Gewicht. Darüber hinaus ist die Masse der Archaeopteryx gegenüber dem für die Mindestgeschwindigkeit erforderlich Entfernung zum Abheben Geschwindigkeit zu erhalten proportional daher als Masse zunimmt, die für den Start erforderliche Energie steigt. Andere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Physik in cursorial Flug beteiligt würde nicht machen dies zu einem wahrscheinlichste Antwort auf die Herkunft der Aviären Flug. Sobald die Fluggeschwindigkeit erreicht ist und Archaeopteryx in der Luft ist, würde bewirken, dass die Schleppgeschwindigkeit, sofort zu verringern. Zusätzlich könnte Gleichgewicht aufgrund dieser unmittelbaren Geschwindigkeitsreduktion aufrechterhalten werden kann. Daher Archaeopteryx wäre eine sehr kurze und ineffektiv Flug. Im Gegensatz zu Ostrom Theorie in Bezug auf Flug als Jagdmechanismus wieder Physik bietet keine Unterstützung für dieses Modell. Um effektiv abzufangen Insekten mit den Flügeln, Archaeopteryx würde einen Mechanismus, wie beispielsweise Löcher in den Startlöchern, um den Luftwiderstand zu verringern müssen. Ohne diesen Mechanismus würden die Kosten / Nutzen-Verhältnis nicht möglich.

Die Abnahme der Effizienz bei der Betrachtung der cursorial Modell ist, die durch das Flattern Hub benötigt, um Flug erzielen. Diese Hubbewegung muss beide Flügel zu bewegen, in eine symmetrische Bewegung oder zusammen. Dies wird zu einem asymmetrischen Bewegung, wie wir Menschen mit unseren Arme beim Laufen apposed. Die symmetrische Bewegung würde teuer werden, wenn man die cursorial Modell, weil es schwierig sein würde, während auf dem Boden läuft im Vergleich zur baumbewohnende Modell, wo ist es natürlich, die Arme bewegen sich gemeinsam, wenn fallen. Es gibt auch einen großen Fitness-Reduktion zwischen den beiden Extremen der asymmetrischen und symmetrischen Schlagbewegung, so dass die therapods würde auf der Extreme entwickelt haben.

Flügel-unterstützte Steigung Lauf

Die WAIR Hypothese, eine Version des "cursorial Modell" über die Entwicklung der Vogelgrippe Flug, in der Vogelflügel entstand aus forelimb Modifikationen, die den Abtrieb zur Verfügung gestellt, so dass die proto-Vögel zu laufen, extrem steilen Hängen, wie die Stämme der Bäume, wurde durch Beobachtung der jungen chukar Küken aufgefordert werden, und schlägt vor, dass Flügel ihrer aerodynamischen Funktionen als Folge der Notwendigkeit, schnell bis sehr steilen Hängen, wie Baumstämme laufen, zum Beispiel, um vor Raubtieren zu entkommen entwickelt. Beachten Sie, dass in diesem Szenario Vögel brauchen Abtrieb, um ihre Füße zu geben erhöhte Griffigkeit. Es wurde argumentiert, dass die frühen Vögel, einschließlich Archaeopteryx, fehlte die Schulter Mechanismus, mit dem modernen Vogelflügel produzieren schnell, leistungsfähiges Aufstriche; seit der Abtrieb an denen WAIR hängt von Aufstriche erzeugt wird, scheint es, dass Frühaufsteher waren unfähig WAIR. Eine Studie, die Hebe gefunden erzeugt von den Flügeln zu der Hauptfaktor für einen Körper erfolgreich Beschleunigung in Richtung eines Substrats während WAIR sein deutet den Beginn der Flugfähigkeit wurde durch neuromuskulären Kontrolle oder Leistung nicht durch äußere Flügel Morphologie selbst begrenzt, und dass teilweise entwickelten Flügel noch nicht in der Lage, Flug könnte in der Tat nützliche Lift während WAIR. Zusätzlich Untersuchung der Arbeit und Leistungsanforderungen für vorhandene Vogel pectoralis Kontraktionsverhalten während WAIR in verschiedenen Winkeln des Substrats Neigung gezeigt inkrementelle Erhöhung dieser Anforderungen, sowohl als WAIR Winkel erhöht und im Übergang von WAIR zum Schlagflug, wodurch ein Modell für eine evolutionäre Übergang von der terrestrischen Antenne, um die Fortbewegung als Übergangsformen schrittweise angepasst, um die Arbeit und Leistung Anforderungen steiler Steigungen mit WAIR und die inkrementellen steigt von WAIR in die Flucht zu skalieren.

Vögel nutzen Flügel unterstützte geneigte ab dem Tag sie ausbrüten, um die Fortbewegung zu erhöhen läuft. Dies kann auch für Vögel oder gefiederten therapods, deren Flügelmuskulatur kann genügend Kraft erzeugen, um zu fliegen gesagt werden, und zeigt, wie dieses Verhalten könnte entwickelt haben, um diese therapods dann schließlich in die Flucht führte zu helfen. Der Übergang von der Flügel unterstützt Steigung Lauf die Flucht in das Wachstum der Vögel, vom Jungtiere, wenn sie ausgewachsen sind, um zu sehen. Sie beginnen mit Flügel unterstützt Steigung Lauf und ihre Flügelschläge langsam verändern für den Flug, wie sie wachsen und in der Lage, genügend Kraft zu machen. Diese Übergangsstufen, die in die Flucht führen beide physicial und Verhaltens. Die Übergänge über einen Jungtiere leben können mit der Entwicklung der Flug auf einem Makroskala korreliert werden. Wenn protobirds sind Jungtiere verglichen ihre körperliche Merkmale, wie beispielsweise Flügelgröße und Verhalten kann ähnlich gewesen sein. Schlagflug wird durch die Größe und Muskelkraft eines Flügels begrenzt. Auch bei der Verwendung des richtigen Modell baumbewohnende oder curosial, protobirds Flügel waren nicht in der Lage in die Flucht zu erhalten, aber sie haben wahrscheinlich gewinnen die Verhaltensweisen für die baumbewohnende oder curosial Modell wie heutige Vögel tun, wenn geschlüpft nötig. Es gibt ähnliche Schritte zwischen den beiden. Flügel unterstützte Steigung Lauf kann auch eine nützliche Lift bei Babys zu produzieren, sondern ist sehr klein im Vergleich zu der juvinilles und erwachsene Vögel. Dieser Aufzug wurde für Karosseriebeschleunigung verantwortlich gefunden, wenn man eine Steigung und führt zu Flug, wie der Vogel wächst. Dieser Lift ist eine weitere Übergangszustand führt in die Flucht.

Arboreal Modell

Dieses Modell wurde ursprünglich im Jahre 1880 von Othniel C. Marsh vorgeschlagen. Die Theorie besagt, Archaeopteryx war eine Reptilien Vogel, von Baum zu Baum gestiegen. Nach dem Sprung würde Archaeopteryx dann seine Flügel als Ausgleichsmechanismus. Nach diesem Modell, entwickelt Archaeopteryx ein Gleiten Methode, um Energie zu sparen. Auch wenn ein arboreal Archaeopteryx übt Energie den Baum klettern, ist ein arboreal Archaeopteryx in der Lage, höhere Geschwindigkeiten zu erreichen und decken größere Entfernungen während der Gleitphase, die mehr Energie auf lange Sicht als ein cursorial zweibeinigen Läufer schont. Einsparung von Energie während der Gleitphase macht dies zu einer energieeffizienteren Modell. Daher sind die Vorteile von Fliegen gewonnen überwiegen die in den Baum klettern eingesetzten Energie. Eine moderne Verhaltensmodell, um gegen zu vergleichen wäre, dass der Flughörnchen. Neben der Energieeinsparung, ist arboreality Allgemeinen positiv assoziiert mit Überlebensfähigkeit, zumindest bei Säugetieren.

Die evolutionäre Pfad zwischen arboreality und Flug ist durch eine Anzahl von Hypothesen vorgeschlagen. Zum Beispiel, Dudley und Yanoviak vorgeschlagen, dass Tiere, die in den Bäumen leben, in der Regel am Ende hoch genug, dass ein Sturz, zielgerichtet oder nicht, würde genug Geschwindigkeit zu erzeugen, für die aerodynamischen Kräfte, um eine Wirkung auf den Körper haben. Viele Tiere, auch solche, die nicht fliegen, zeigen die Fähigkeit, sich aufzurichten und das Gesicht der Erde ventral, dann zeigen Verhaltensweisen, die gegen die aerodynamischen Kräfte handeln, um ihre Sinkgeschwindigkeit in einem Verfahren, wie Fallschirmspringen bekannt zu verlangsamen. Arboreal Tiere, die durch Raubtiere oder gezwungen wurden einfach fiel von Bäumen, die zeigten diese Art von Verhalten wäre in einer besseren Position, um schließlich Fähigkeiten, die eher in die Flucht waren, wie wir sie heute kennen, entwickeln gewesen.

Forscher zur Unterstützung dieses Modells haben vorgeschlagen, dass Archaeopteryx besaß Skelettmerkmale ähnlich denen der modernen Vögel. Die erste derartige Funktion zu beachten, war die angebliche Ähnlichkeit zwischen dem Fuß des Archaeopteryx und der des modernen Sperlingsvögel. Der Hallux oder der ersten Ziffer des Fußes modifiziert, galt lange Zeit als Spitz posterior auf die verbleibenden Ziffern haben, wie in der hockenden Vögel. Daher wird, sobald die Forscher den Schluss, dass Archaeopteryx verwendet die Hallux als Ausgleichsmechanismus auf Ästen. Allerdings Studium der Thermopolis Exemplar Archeopteryx, die die umfassendste Fuße jedes bekannte hat, zeigte, dass die Hallux war in der Tat nicht rückgängig gemacht, die Begrenzung der Fähigkeit der Kreatur auf Niederlassungen hocken und was einen terrestrischen oder Kofferraum-Klettern Lebensstil. Ein weiteres Feature, das Skelett ähnlich Archaeopteryx und modernen Vögeln ist die Krümmung der Klauen. Archaeopteryx besaß die gleiche Klauen Krümmung des Fußes zu der hockenden Vögel. Jedoch die Klaue Krümmung der Hand in Archaeopteryx war ähnlich dem in den basalen Vögel. Auf der Grundlage der Vergleiche der modernen Vögel Archaeopteryx waren hocken Eigenschaften vorhanden ist, was bedeutet, einen Baumlebensraum. Die Möglichkeit für Start und Flug war ursprünglich gedacht, um eine supracoracoideus Rollensystem erfordern. Dieses System besteht aus einer Sehne Verbinden des Humerus und Rabenschnabelfortsatz des Schulterblatts, die eine Drehung des Humerus während des Aufwärtshubs. Jedoch ist dieses System fehlt Archaeopteryx. Auf der Grundlage von Experimenten, die von M. Sy 1936 durchgeführt wird, wurde nachgewiesen, dass die SC-Rollen-System wurde nicht für den Flug von einer erhöhten Position erforderlich, aber war für cursorial takeoff notwendig.

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