恐龍為什么體型巨大

       距今約1.5億年前，地球上的統(tǒng)治者是恐龍，而其中的主角則是蜥腳類恐龍。蜥腳類恐龍是一種草食恐龍，身長最大的超過30米，脖子和尾巴很長，粗壯的四肢支撐著如酒桶般的身軀，這個家族中還包括了粱龍、腕龍、雷龍。

體現(xiàn)自然選擇的矛盾

       長期以來，生物學家對蜥腳類恐龍前所未有的龐大身軀充滿了種種困惑。它們怎樣具有如此龐大的體型？地球上其它陸地動物為何達不到如此“噸位”？現(xiàn)在，地球上最大的陸地動物是非洲象，重量不過在6噸左右。即便在恐龍家族，蜥腳類恐龍也屬于重量級。成年霸王龍重量只有7噸，而最大的非蜥腳類恐龍、稱為巨型山東龍的中國恐龍重量也不過16噸。

       在德國波恩大學古生物學家馬丁·桑德(Martin Sander)公布他的研究結(jié)果之前，這些疑問一直沒有令人信服的答案。桑德說：“在恐龍體態(tài)演變問題上，我們現(xiàn)在的理論條理更清晰。”過去六年，桑德領(lǐng)導一個國際科學家小組一直在破解蜥腳類恐龍之謎。他們的研究結(jié)果表明，蜥腳類恐龍具有許多獨特的生物特征，在這些特征的共同作用下，它們擁有了無與倫比的龐大身軀。

       桑德的研究是從19世紀古生物學家愛德華·德林克·科普的觀察結(jié)果開始的?？破兆⒁獾剑瑒游锏能|體隨著進化發(fā)展而增大，這一理論被稱為“科普法則”。中國北京脊椎動物古生物學與古人類學研究所科普法則專家戴維·霍尼(David Hone)認為，體型龐大具有許多進化優(yōu)勢。他解釋說：“它們不易成為捕食對象，在尋找食物或交配對象時比競爭對手更有優(yōu)勢。我們還知道，大型動物一般更易遭遇滅絕的威脅。”

面臨更多挑戰(zhàn)

        與身軀嬌小的動物相比，大型動物吃得更多，繁殖速度更慢，一旦遇到困難或食物短缺，會面臨更大的問題。美國布朗大學古生物學家克里斯丁·賈尼斯(Christine Janis)說：“像巨犀這樣的身軀龐大的哺乳動物，它們的化石記錄歷史更短，而身軀嬌小的哺乳動物的化石記錄則更久。”所以，一方面，自然選擇促使動物身體越長越大，另一方面，動物因走上這條道路而得到懲罰。這種對立力量之間的均衡避免大多數(shù)陸地動物的體重超過10噸。

       體型龐大還帶來其他一些問題。它們?nèi)绾沃巫约糊嫶蟮纳碥|？身體所需要的食物和氧氣又從哪里來？蜥腳類恐龍以其特有的方式克服了上述所有的挑戰(zhàn)。蜥腳類恐龍最早出現(xiàn)在距今約2.2億年前，很快長成了龐然大物。已知最早的蜥腳類恐龍是距今2.1億年、15噸重的伊森龍。

       20世紀90年代，賈尼斯的研究發(fā)現(xiàn)，蜥腳類恐龍身軀龐大的一個重要因素是其獨一無二的繁殖方式。同所有的恐龍一樣，蜥腳類恐龍也下蛋。賈尼斯解釋說：“哺乳動物體型越大，后代就越少。但是，大型恐龍可以同時擁有許多蛋和幼仔。雖然恐龍體型在不斷增長，可幼仔的數(shù)量并沒有減少。”

        類似年輪的生長線

       大象每四年產(chǎn)下一頭幼仔，而在同一時間段，恐龍可以下數(shù)百個蛋。這樣一來，蜥腳類恐龍就可以消除因其身軀龐大帶來的一個危險。數(shù)量是蜥腳類恐龍在面臨危機時，相比于大型哺乳動物具有更快反彈的潛力。支持賈尼斯這一論斷的證據(jù)來自于對恐龍蛋化石的研究。蜥腳類恐龍留下了令人吃驚的恐龍蛋和窩的詳細記錄，有時里面還有保存完好的胚胎?？铸埖耙话阌续r鳥蛋大小，一窩八個蛋。

        蜥腳類恐龍巢穴并沒有顯露出親代撫育的跡象，這進一步增強了成年蜥腳類恐龍繁殖更多后代的能力。但是，下蛋和缺乏親代撫育并不能完全解釋下蛋和不照顧幼仔的原因。于是，桑德又從其他方面入手欲進一步揭開這個謎團。他發(fā)現(xiàn)，身軀龐大似乎可以讓蜥腳類恐龍生長速度更快。為了解恐龍增長速度，桑德研究團隊利用顯微鏡對恐龍骨骼進行了檢查。

       大多數(shù)恐龍的骨骼上都有類似樹木年輪的生長線(growth line)。根據(jù)桑德最后得出的結(jié)論，蜥腳類恐龍的新陳代謝很快，使它們可以相對快速地獲得龐大體型。他說：“其它類型的恐龍都沒有蜥腳類恐龍這么高的增長速度。”桑德的研究小組對一種重達30噸、名為馬門溪龍的亞洲蜥腳類恐龍進行了研究，研究結(jié)果表明這種快速的生長可以轉(zhuǎn)化為驚人的體重增加。馬門溪龍一年的體重最多可以增加2噸。相比之下，非洲象一年體重不過增加200公斤。

       與鳥類一樣復雜的肺泡

       生長速度快當然有很多好處，可一旦動物擁有龐大身軀，它們?nèi)绾螒?yīng)對身體和生活方式的需要？蜥腳類恐龍全都符合相同的基本身體構(gòu)造：脖子長，腦袋小，龐大的體型如酒桶一般，腿部粗壯結(jié)實。桑德及其他研究人員認為，蜥腳類恐龍獨特的身體結(jié)構(gòu)是其具有龐大身軀的重要原因。

20世紀80年代，芬蘭赫爾辛基大學的杰伊·霍坎南(Jyrki Hokkanen)揭開了這個問題——如何支撐和移動龐大身軀——的謎底。通過分析大型動物的骨骼和肌肉力量，霍坎南發(fā)現(xiàn)，即便是體型最大的蜥腳類恐龍，它們的軀體也遠未達到理論上限。他說：“腕龍的體型起碼是別的恐龍的好幾倍，但仍在陸地上行走。”所以，盡管大型蜥腳類恐龍笨重不靈活，但這一缺陷并沒有抑制它們向更大的身軀發(fā)展。

        一個相關(guān)問題是大型蜥腳類恐龍如何獲得足夠的氧氣。2003年，美國俄克拉何馬州薩姆諾貝爾自然歷史博物館的馬休·威德爾(Mathew Wedel)破解了這一謎團。威德爾發(fā)現(xiàn)，蜥腳類恐龍的肺部像鳥類一樣。鳥類的呼吸效率遠遠超過哺乳動物。蜥腳類恐龍吸氣時，空氣充滿肺部和體內(nèi)的肺泡。也就是說，蜥腳類恐龍肺部的新鮮空氣會不停流動，每次呼吸獲得的氧氣量是哺乳動物的2.5倍。威德爾說：“蜥腳類恐龍擁有一套肺泡系統(tǒng)，且它們同鳥類的肺泡一樣復雜。”

恐龍時代的精英

       蜥腳類恐龍獨特的身體結(jié)構(gòu)則解釋了這種80噸重的龐然大物如何可以獲得足夠的食物。當今地球上最大的陸地動物都是食草動物，靠吃進大量沒有營養(yǎng)的植物生存。這便要求食草動物不停地吃下去。例如，大象一天當中有18個小時在吃東西，每天消耗掉200公斤的植物。按照這些大型食草動物的標準，蜥腳類恐龍要吃飽一天至少要吞下1噸植物，它們怎么能做到這一點？

       桑德發(fā)現(xiàn)，蜥腳類恐龍像長頸鹿一樣的脖子和小腦袋此時起了關(guān)鍵作用。脊椎輕可以讓蜥腳類恐龍的脖子長得更長，增加了捕食范圍。如此一來，蜥腳類恐龍站著不動，它們的脖子照樣可以上下左右覓食，從而節(jié)省了體力。此外，蜥腳類恐龍不是咀嚼食物，而是用掛鉤似的牙齒將枝葉從植物上咬下來，整個吞入腹中。

       正是由于獨特的繁殖和生長方式及身體機構(gòu)，蜥腳類恐龍才能克服龐大身軀帶來的諸多限制。毫不夸張地說，蜥腳類恐龍就是恐龍時代的“精英”。