2022小美賽A題原文及中文翻譯

問題 A（MCM）翼龍如何飛行

翼龍是翼龍目中已滅絕的飛行爬行動物的一個(ge) 分支。它們(men) 存在於(yu) 中生代的大部分時間：從(cong) 晚三疊世到白堊紀末期。翼龍是已知進化出動力飛行的最早的脊椎動物。它們(men) 的翅膀由皮膚、肌肉和其他組織組成，從(cong) 腳踝延伸到顯著延長的無名指[1]。

翼龍有兩(liang) 種主要類型。基翼龍是一種體(ti) 型較小的動物，通常下巴長牙，尾巴很長。它們(men) 的寬翼膜可能包括並連接後腿。在地麵上，它們(men) 會(hui) 有一個(ge) 笨拙的四肢伸展的姿勢，但它們(men) 的關(guan) 節解剖和強大的爪子會(hui) 讓它們(men) 成為(wei) 有效的登山者，它們(men) 可能生活在樹上。基本翼龍是食蟲動物或小型脊椎動物的捕食者。

後來的翼龍(翼趾龍)進化出了許多大小、形狀和生活方式。

翼指類有較窄的翅膀和自由的後肢，尾巴高度縮小，長頸和大頭。在地麵上，翼手龍以直立的姿勢用四肢行走得很好，後腳站立，翼指向上折疊，用三個(ge) 指頭的“手”行走。化石軌道顯示，至少有一些物種能夠奔跑、涉水或遊泳。

翼龍的毛發狀細絲(si) 被稱為(wei) 羽毛纖維，覆蓋著它們(men) 的身體(ti) 和部分翅膀[3]。在生活中，翼龍會(hui) 有光滑或蓬鬆的皮毛，不像鳥的羽毛。早些時候的說法是，翼龍主要是冷血滑翔動物，像現代蜥蜴一樣從(cong) 環境中獲取溫暖，而不是燃燒卡路裏。然而，後來的研究表明，它們(men) 可能是溫血(吸熱)、活躍的動物。呼吸係統使用氣囊進行高效的單向“穿透”呼吸，極大地掏空了他們(men) 的骨骼。翼龍的成年體(ti) 型多種多樣，從(cong) 非常小的食蟻龍到已知的最大的飛行生物，包括翼展至少有9米的翼龍和哈特茲(zi) 翼龍。吸熱性、良好的氧氣供應和強大的結合肌肉使翼龍成為(wei) 強大而能幹的飛行者。

翼龍飛行的機製目前還沒有完全被理解或建模。佐藤勝文利用現代鳥類進行了計算，得出結論：翼龍不可能保持在高空。在《翼龍的姿態、運動和古生態》一書(shu) 中，理論上認為(wei) 翼龍之所以能夠飛行，是因為(wei) 晚白堊世時期富氧、稠密的大氣[7]。

然而，佐藤和《翼龍的姿勢、運動和古生態》一書(shu) 的作者們(men) 的研究都基於(yu) 現在已經過時的翼龍與(yu) 海鳥相似的理論，而這種大小限製並不適用於(yu) 陸生翼龍，如陸棲類和編織類。此外，達倫(lun) ·奈什的結論是，翼龍的巨型不需要現代和中生代之間的大氣差異[8]。

另一個(ge) 令人難以理解的問題是，它們(men) 是如何起飛的。

如果翼龍是冷血動物，目前尚不清楚體(ti) 型較大、冷血新陳代謝效率低下的翼龍如何實施像鳥一樣的起飛策略，隻使用後肢產(chan) 生升空的推力。後來的研究表明，它們(men) 是溫血動物，擁有強大的飛行肌肉，並將飛行肌肉用作四足動物[9]。樸茨茅斯大學的馬克·威頓和約翰斯·霍普金斯大學的邁克·哈比卜提出翼龍使用跳躍機製來獲得飛行[10]。它們(men) 有翼的前肢的巨大力量將使它們(men) 能夠輕鬆起飛。翼龍一旦升空，速度可以達到每小時120公裏，並能行駛數千公裏。

你的團隊被要求根據化石測量結果，為(wei) 至少一種大型翼龍的飛行過程建立一個(ge) 合理的數學模型，並回答以下問題。

1.對於(yu) 你選擇的翼龍物種，估計它在正常飛行時的平均速度。

2.對於(yu) 你所選擇的翼龍物種，估計它在正常飛行時的翅膀拍打頻率。

3.研究大型翼龍是如何起飛的；它們(men) 是否有可能像鳥一樣在平地或水上起飛？定量地解釋原因。

參考文獻

[1] Elgin RA, Hone DW, Frey E (2011). The Extent of the Pterosaur Flight

Membrane. Acta Palaeontologica Polonica. 56 (1): 99-111.

[2] Mark Witton. Terrestrial Locomotion.

https://pterosaur.net/terrestrial locomotion.php

[3] Laura Geggel. It’s Official: Those Flying Reptiles Called Pterosaurs

Were Covered in Fluffy Feathers. https://www.livescience.com/64324-

pterosaurs-had-feathers.html

[4] Wang, X.; Kellner, A.W.A.; Zhou, Z.; Campos, D.A. (2008). Discovery of a rare arboreal forest-dwelling flying reptile (Pterosauria, Pterodactyloidea)from China. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (6):1983-87.

[5] Buffetaut E, Grigorescu D, Csiki Z. A new giant pterosaur with a robustskullfromthelatestcretaceousofRomania.Naturwissenschaften. 89 (4):180-84.

[6] Devin Powell. Were pterosaurs too big to fly?

https://www.newscientist.com/article/mg20026763-800-were-pterosaurs-too-big-to-fly/

[7] Templin, R. J.; Chatterjee, Sankar. Posture, locomotion, and paleoecology of pterosaurs. Boulder, Colo: Geological Society of America. p. 60.

[8] Naish, Darren. Pterosaurs breathed in bird-like fashion and had inflatable air sacs in their wings.

https://scienceblogs.com/tetrapodzoology/2009/02/18/pterosaur-

breathing-air-sacs

[9] Mark Witton. Why pterosaurs weren’t so scary after all.

https://www.theguardian.com/science/2013/aug/11/pterosaurs-fossils-

research-mark-witton

[10] Jeff Hecht. Did giant pterosaurs vault aloft like vampire bats?

https://www.newscientist.com/article/dn19724-did-giant-pterosaurs-