Aerodynamika kraniálního hřebene u pterosaura rodu Nyctosaurus

Další z nových studií, jejichž autory jsou čínští paleontologové, vyšla v žurnálu Acta Geologica Sinica a zabývá se aerodynamikou hřebenu a k němu připojené membrány u křídového pterodaktyloida rodu Nyctosaurus. Připomeňme si, že Nyctosaurus, ač příbuzný s největšími létajícími živočichy všech dob, byl poměrně drobným živočichem, Jeho rozpětí křídel se pohybovalo mezi 1,7 - 2,9 metry. Žil v období turonu zhruba před 89 nebo 90 miliony let. Kostěná část měřila na výšku 0,9 metru, což je v porovnání s již výše zmíněným rozpětím neuvěřitelně velké číslo. Svým tvarem se hřeben podobá stožáru plachty používané při windsurfingu. Hypotézy o aerodynamickém funkci tohoto hřebenu se ale dosud objevovaly jen řídce. Podle dřívějších závěrů Gerritsena a Cunninghama mohl hřeben nést membránovou strukturu, která pterosaurovi přinášela takovu aerodynamickou výhodu, že se struktura mohla vyvinout až do takto enormních rozměrů. Podle Gerritsena a Cunninghama snad mohla "plachta" na hlavě pterosaura řídit směr, zatímco se živočich vznášel díky tzv. přízemnímu efektu nízko nad hladinou a hledal na ní potravu. Čínští paleontologové nyní v analýze aerodynamiky této bizarní struktury pokračují.

Takto vypadal Nyctosaurus podle výzkumů Lidy Xing, jejího kolektivu a autorů, na které ve studiu aerodynamiky tohoto pterosaura navazovali. Mělo se jednat o živočicha s kraniální morfologií dokonale adaptovanou pro zvýšení letových schopností. Autory ilustrace jsou Chuang Zhao a Lida Xing. Rekonstrukce je nepřesná; horizontální větev hřebene byla totiž stejně dlouhá jako a vertikální (viz web Marka Wittona)

Exemplář nyktosaura s označením KJ1 byl zrekonstruován v souladu s hypotézou, podle které byla k útvaru připojená membrána a následně byly analyzovány aerodynamické síly a momenty působící na tuto strukturu. Výsledná struktura skutečně ze všeho nejvíce připomíná plachtu, posazenou na hlavě. Podle autorů studie je možné, že pterosaurus dokázal přizpůsobit úhel plachty vzdušným proudům a tato schopnost mu umožňovala generovat tah, jednu ze tří základních aerodynamických sil, která zodpovídá za dopředný pohyb. Velikost a moment tahu se mohla měnit s proměnlivým úhlem a vzájemnou pozicí aerodynamického centra v plachtovitém hřebenu a gravitačního centra v pterosaurově těle. Pro srovnání aerodynamiky byly testovány tři scénaře, postavené na třech možných rekonstrukcích: s hřebenem, ke kterému je připojena membrána; s hřebenem bez membrány (pouze s kostěnou částí) a bez hřebene. Testy ukázaly, že aerodynamické vlastnosti (zvýšení, udržení a snížení tahu) by téměř zmizely u letu s hřebenem bez membrány a žádné by neexistovaly bez kraniálního hřebene. Aerodynamická data, získaná z exempláře nyktosaura KJ1 tak naznačují, že pterosaurus měl k hřebenu na své hlavě připojenou membránu a takto konstruovanou strukturu používal k lepší letové kontrole.

Srovnání dvou možných podob nyktosaura. První z nich, s charaketristickou plachtou, byla zřejmě aerodynamicky daleko výhodnější než ta druhá, kde z hřebenu zbyla jen kostěná báze. Druhá z obou možností je přitom ta, které se rekonstrukce pterosaura drží nejčastěji. Opět je možné připomenout výtky k délce horizontálního výběžku...

Pozn.: čtenáři možná může připadat zvláštní fakt, že se v celém článku ani jednou neobjevuje nyktosaurovo druhové jméno. Ve skutečnosti existují 3 validní druhy rodu Nyctosaurus: N. gracilis, N. lamegoi a N. nanus. O validitě druhu N. bonneri by se zřejmě daly vést spory, pravděpodobně se však jedná o subjektivní mladší synonymum N. gracilis. K rodu Nyctosaurus byly ale zařazeny i exempláře nalezené v západním Kansasu, s označením KJ1 a KJ2 (první jmenovaný analyzovala studie, o níž je tento článek). Bývají označovány jako "Nyctosaurus sp.", tedy pouze neurčitě ("druh z rodu Nyctosaurus")

Zdroje:

http://forum.wildprehistory.org/
http://adsabs.harvard.edu/abs/2003APS..DFD.AE001C
http://www.pterosaur.co.uk/species/UCP/Nyctosaurus-001.pdf
http://www.flickr.com/photos/markwitton/206037807/in/set-72057594082038974/

Zdroj obrázků:

http://www.xinglida.net/indexe.htm

Abstrakt studie:

Xing, L., Wu, J., Lu, Y., Lü, J., and Ji, Q. 2009. Aerodynamic characteristics of the crest with membrane attachment of Cretaceous pterodactyloid Nyctosaurus. Acta Geologica Sinica (English Edition) 83(1):25-32.

The Nyctosaurus specimen KJ1 is reconstructed under the hypothesis that there is a membrane attached to the crest, the so-called headsail crest. The aerodynamic forces and moments acting on headsail crest are then analyzed. It is shown that KJ1 might adjust the angle of the headsail crest relative to the air current as one way to generate thrust (one of the aerodynamic forces, used to overcome body drag in forward flight) and that the magnitude of the thrust and moment could vary with the gesture angle and the relative location between the aerodynamic center of headsail crest and body center of gravity. Three scenarios are tested for comparison to each other: the crest with membrane attachment, the crest without membrane attachment and the absence of cranial crest. It is shown that the aerodynamic characteristics (increasing, maintaining and decreasing thrusts and moments) would almost disappeared in flight for the crest without membrane attachment and none existent without the cranial crest. It is suggested from aerodynamics evidence alone that Nyctosaurus specimen KJ1 had membrane attached to the crest and used this reconstructed form for auxiliary flight control.