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大きさは小鳥ぐらいの大きさから翼開長12mを超えるものまで様々である。どれも大きな頭部と翼、それに対して小さな胴体をもつ。長い尾を持つものも、全く尾を持たないものもある。
 
[[翼]]は膜構造であったと考えられている。つまり、長く伸びた前足の指によって薄い膜を広げているという、[[コウモリ]]の翼に似た構造である。ただし、コウモリであれば親指以外の全ての指が膜を支えているのに対し、翼竜の翼は第4指(第5指は退化)と脚の間だけに膜が張っている。翼から独立している指の数が多かったのでコウモリよりずっと自由に物をつかめたはずだが、指1本だけで膜を支えた翼では飛行の自由さなどの点でコウモリには及ばないものであったと思われる。しかしその一方、飛膜には神経や筋肉が張り巡らされていたと思われる痕跡もあり、膜の形状を変化させることにより高度な飛行制御を行えた可能性も指摘されている。また、歩行や地上活動に関しては後述するように鳥類には大きく劣っていたが、蹠行性の四足歩行をしており、この点は地上では這いまわることしかできないコウモリより地上適応性が高かった事が示唆されている。
 
体重は非常に軽く、翼開長12mに及ぶケツァルコアトルスでも70kgほどだったとみられる。