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  • 1 # 軍機處留級大學士

    鴕鳥具有非凡的速度和耐力——這是一種罕見的組合,表明陸地運動的高度專業化。這種150公斤重的鳥可以以超過60公里/小時的速度穩定奔跑30分鐘,1步長達5 m。 鴕鳥後肢形態為這種獨特的運動表現提供了機械基礎。與鴯鶓和鶴鴕相比,鴕鳥擁有最長的後肢,允許它們達到很大的步長。

    鴕鳥近側集中的後肢肌肉塊和長而輕的遠側腿段的組合使得在擺動力學原理下能夠實現高步幅頻率。下肢主要由長肌腱帶動,長肌腱在快速運動過程中儲存和釋放彈效能量以提供能量優勢。這種多關節肌肉腱系統在功能上互連骨盆和腳趾,並將關節的屈曲和伸展連線到整個後肢。髖關節、膝關節和跗骨間關節處的韌帶引導和限制中外側關節運動,允許肌肉力量主要施加於透過前後平面的肢體運動。特定的跗骨間關節韌帶與關節表面突起相結合,被動地將跗骨間關節穩定在伸展位置,以保持脛骨肌/跗蹠肌提供的柱狀支撐,從而降低鴕鳥站立階段軀幹支撐的代謝成本。

    鴕鳥腳趾形態也有明顯的獨特適應性。雖然其他所有的鳥都有三四個腳趾,但笨重的鴕鳥只在兩個趾骨上負重,第三個主要的爪形腳趾和第四個外側腳趾。一般認為鴕鳥腳趾的減少反映了與馬的進化趨同的運動效能。鴕鳥兩個腳趾在很大程度上消除了相應的肌肉組織,從而減少了遠端肢體質量,進一步優化了揮杆動力學。另一種鴕鳥特有的適應性在超關節腳趾姿勢中是明顯的,其中兩個腳趾的蹠趾關節和近趾骨永久地升高到地平面以上。

    因此,鴕鳥站著、行走和奔跑在腳趾的末端趾骨上,這與所有其他鳥類形成了對比。由此產生的“附加”肢體關節增加了減震能力,並構成了彈效能量儲存的重要儲庫。紋理化脂肪墊包裹並保護兩個腳趾的骨骼,並在接地時提供額外的應力吸收。 由於行為和棲息地的相似性,兩足鴕鳥是獸腳類恐龍運動模式理論重建的一個有價值的模型。

    馬、人類和所有其他哺乳動物都有一個共同的祖先——有五個腳趾。那麼馬怎麼會有單趾蹄呢?幾百萬年來,馬類祖先失去了大部分側趾。中間的腳趾進化成一個單一的大蹄子,而其他腳趾變小,最終失去功能。 蹄子和長腿幫助馬在開闊的草原上跑得越來越快,幫助它們逃離捕食者,找到新鮮的草來吃草。在森林裡,地面較軟,許多馬保留了三個腳趾。

    將人的腿和馬的腿進行比較,可以看出哪些骨頭賦予了馬最大的速度。搬到草原上的馬比它們住在森林裡的祖先有更長的腿。但是它們的腿骨並不都一樣長。大部分是腳的骨骼變長了,腳踝在腿上相對較高。長而結實、重量輕的腿有助於馬跑得更快——這是開闊草原上一個有用的特徵,那裡沒有藏身之處。 氣候的兩大變化影響了早期馬的進化。首先,大約5500萬年前,全球氣溫突然上升了5至10℃,北美大部分地區變成了溫暖潮溼的亞熱帶森林,就像今天在巴西亞馬遜雨林中看到的一樣。吃樹葉的小馬成長壯大。

    然後,大約3500萬年前,全球氣溫下降,創造了一種與今天更相似的氣候。此後,乾燥的草原取代了北美的大部分森林,導致馬的快速進化。大約九百萬年前,大多數森林已經消失,留下的主要是像今天活著的食草動物。 在有蹄馬進化並適應平原後很久,三趾馬仍然繁榮了幾百萬年。這種三趾血統現在已經滅絕,但在過去許多不同的馬比鄰而居。 最早的馬有三四個腳趾。但是經過數百萬年的進化,許多馬失去了側腳趾,長出了一隻蹄子。今天只有單趾蹄的馬倖存下來,但是在它們蹄上的骨頭仍然可以找到殘留的小腳趾。 大多數馬物種是在北美進化而來的。從那裡,它們偶爾會走到其他大陸。

    大約2000萬年前,三趾馬穿越到亞洲,並延續到歐洲和非洲。大約1100萬年前,三趾馬從北美遍佈全球。大約三百萬年前,現代馬的祖先,傳播到包括南美洲在內的幾個大陸。 大約一萬年前,北美和南美的馬滅絕了。今天所有馬的祖先,只在歐亞大陸和非洲倖存下來。是什麼結束了它們在北美5500萬年的奔跑?最主要的疑點是環境的變化、疾病以及人類過度捕獵,這些人很可能為了食物而殺死它們。

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