Původ letu ptáků

Archaeopteryx berlínský, jeden z nejstarších známých ptáků.

Kolem roku 350 př. n. l. se Aristoteles a další filozofové té doby pokoušeli vysvětlit aerodynamiku letu ptáků. I po objevu pradávného ptáka Archaeopteryxe před více než 150 lety stále přetrvávají debaty o vývoji letu. V současnosti existují tři hlavní hypotézy týkající se letu ptáků: Pouncing Proavis model, Cursorial model a Arboreal model. Vzhledem k tomu, že Archaeopteryx je nejstarším známým exemplářem moderních ptáků, mohl by být odpovědí na původ letu ptáků.

Aby v Avesu došlo k letu, musí čtyři fyzikální síly (tah a tah, vztlak a váha) spolupracovat, aby vznikl let. Aby ptáci tyto síly vyrovnali, jsou nutné určité fyzikální vlastnosti. Asymetrická křídla, která se nacházejí u všech létajících ptáků s výjimkou kolibříků , pomáhají při vytváření tahu a vztlaku. Všechno, co se pohybuje, vytváří tah způsobený třecími silami. Aerodynamické tělo ptáka může snížit tah, ale při zastavení nebo zpomalení pták použije ocas a nohy ke zvýšení tahu. Největší překážkou, kterou musí ptáci překonat, aby mohli létat, je váha. Letoví ptáci snížili váhu díky evolučním charakteristikám snižujícím hmotnost. Pneumatická kost je kost, která je dutá nebo složená ze vzdušných vaků. Tyto pneumatické kosti jsou jedním ze způsobů, jak se hmotnost snižuje. Ztráta zubů, gonadální hypertrofie a srůst kostí jsou všechny způsoby, jak snížit hmotnost. Ztráta zubů byla nahrazena lehkým závažím z keratinu a žvýkací mechanismus se vyskytuje v ptačím žaludku. Dalšími fyzickými charakteristikami požadovanými pro let jsou kýl pro uchycení letových svalů, zvětšený mozeček pro jemnou motorickou koordinaci a přítomnost furkuly, která zvyšuje odolnost kostry proti namáhání při letu.

Televizní seriál CGI Prehistoric Park popsal teorii, že šupiny se změnily v vrstevnicové peří pro tepelnou izolaci a že později se peří podél zadních okrajů rukou a nohou zvětšilo a prodloužilo pro zobrazení (např. Incisivosaurus), až bylo dostatečně dlouhé pro použití pro plachtění (např. Microraptor).

ČTĚTE:   Liberijský dolar (LRD)

Tato teorie byla poprvé navržena Garner, Taylor, a Thomas v roce 1999:

Navrhujeme, aby se ptáci vyvinuli z predátorů, kteří se specializovali na přepady ze zvýšených míst a používali své raptorické zadní končetiny při skákavém útoku. Mechanismy založené na tahu a později i na zdvihu se vyvinuly v rámci výběru pro lepší kontrolu polohy těla a pohyblivosti během vzdušné části útoku. Výběr pro lepší kontrolu na základě zdvihu vedl ke zlepšení koeficientů zdvihu, mimochodem přeměnil vrh do střemhlavého letu s rostoucí produkcí zdvihu. Výběr pro větší rozsah střemhlavého letu by konečně vedl ke vzniku skutečného letu.

Tento model byl původně navržen Samuelem Wendellem Willistonem v roce 1879. Tato teorie uvádí, že „let se vyvíjel u běžících dvounožců sérií krátkých skoků“. Protože se délka skoků prodlužovala, používala se křídla nejen pro tah, ale také pro stabilitu a nakonec eliminovala klouzavý mezistupeň. Nicméně tato teorie byla v 70. letech upravena Johnem Ostromem, aby popsala použití křídel jako mechanizmu na vyhledávání hmyzu, který se pak vyvinul do tahu křídel. Výzkum byl proveden porovnáním množství energie vynaložené každou loveckou metodou s množstvím nashromážděné potravy. Potenciální objem lovu se zdvojnásobuje při běhu a skákání. Aby nashromáždil stejné množství potravy, vydával by Archaeoptryx méně energie při běhu a skákání než při samostatném běhu. Proto by byl pro tento model příznivější poměr nákladů a přínosů. Vzhledem k Archaeopteryxovi tvrdí zastánci tohoto modelu, že tento druh byl suchozemským ptákem. Tato vlastnost umožňuje větší sílu a stabilitu zadních končetin. Tah způsobený křídly spojený s pohonem nohou vytváří minimální rychlost potřebnou k dosažení letu. Díky těmto mechanismům byl tedy Archaeopteryx schopen dosáhnout letu od země nahoru.

Ačkoli důkazy ve prospěch tohoto modelu jsou vědecky věrohodné, důkazy proti němu jsou podstatné. Například model zběžného letu by byl méně energeticky příznivý ve srovnání s alternativními hypotézami. Aby Archaeopteryx dosáhl vzletu, musel by běžet rychleji než moderní ptáci, a to trojnásobně vzhledem ke své hmotnosti. Navíc, protože hmotnost Archaeopteryxe oproti vzdálenosti potřebné pro dosažení minimální rychlosti pro dosažení rychlosti vzletu je úměrná. Proto, jak hmotnost roste, energie potřebná pro vzlet exponenciálně roste. Jiné výzkumy ukázaly, že fyzika používaná při zběžném letu by z toho neudělala pravděpodobnou odpověď na původ letu ptáků. Jakmile je dosažena rychlost letu a Archaeopteryx je ve vzduchu, odpor by způsobil okamžité snížení rychlosti. Navíc by kvůli tomuto okamžitému snížení rychlosti nemohla být zachována rovnováha. Proto by měl Archaeopteryx velmi krátký a neúčinný let. Na rozdíl od Ostromovy teorie o letu jako o loveckém mechanismu fyzika znovu vyvrací věrohodnost tohoto modelu. Aby mohl Archaeopteryx účinně chytat hmyz křídly, vyžadoval by mechanismus, jako jsou otvory v křídlech, aby se snížil odpor vzduchu. Bez tohoto mechanismu by nebyl možný poměr nákladů a přínosů.

ČTĚTE:   Kristin Burrová

Tento model byl původně navržen v roce 1880 Othnielem C. Marshem. Teorie uvádí, že Archaeopteryx byl plazivý pták, který se vznášel od stromu ke stromu. Po skoku pak Archaeopteryx používal svá křídla jako vyrovnávací mechanismus. Podle tohoto modelu vyvinul Archaeopteryx klouzavou metodu pro úsporu energie. I když stromový Archaeopteryx vyvíjí energii při šplhání po stromě, stromový Archaeopteryx je schopen dosahovat vyšších rychlostí a překonávat větší vzdálenosti během klouzavé fáze, což z dlouhodobého hlediska šetří více energie než kursoriální dvounohý běžec. Vzhledem k tomu, že Archaeopteryx šetří energii během klouzavé fáze, je to energeticky účinnější model. Proto výhody získané klouzavým letem převažují nad energií použitou při šplhání po stromě. Výzkumníci na podporu tohoto modelu naznačují, že Archaeopteryx měl podobné kosterní rysy jako moderní ptáci. Prvním z těchto rysů je podobnost, která existuje mezi nohou Archaeopteryxe ve srovnání s moderními ptáky. Hallux je modifikace první číslice, která je posteriorní ke zbývajícím číslicím. Tato modifikace je podobná moderním hřadovým ptákům. Proto výzkumníci dospěli k závěru, že Archaeopteryx používal hallux jako vyrovnávací mechanismus na větvích stromů. Dalším kosterním rysem, který je podobný Archaeopteryxu i moderním ptákům, je zakřivení drápů. Archaeopteryx měl stejné zakřivení drápů nohy jako hřadoví ptáci. Nicméně zakřivení drápů ruky v Archaeopteryxu bylo podobné bazálním ptákům. Na základě srovnání moderních ptáků s Archaeopteryxem byly přítomny hřadové vlastnosti znamenající stromové stanoviště. Schopnost vzletu a letu byla původně považována za schopnost vyžadující supracorakoideus kladkový systém (SC). Tento systém se skládá ze šlachy spojující humerus a korakoidní proces lopatky umožňující rotaci humerusu během vzestupu. Tento systém však v Archaeopteryxu chybí. Na základě experimentů provedených Syem bylo prokázáno, že SC kladkový systém není vyžadován pro let ze zvýšené polohy, ale je nezbytný pro kursoriální vzlet.