研究揭示恐龍身形巨大的原因

在德國(guó)波恩大學(xué)古生物學(xué)家馬丁·桑德(Martin Sander)公布他的研究結(jié)果之前，這些疑問(wèn)一直沒(méi)有令人信服的答案。桑德說(shuō)：“在恐龍?bào)w態(tài)演變問(wèn)題上，我們現(xiàn)在的理論條理更清晰。”過(guò)去六年，桑德領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)國(guó)際科學(xué)家小組一直在破解蜥腳類(lèi)恐龍之謎。他們的研究結(jié)果表明，蜥腳類(lèi)恐龍具有許多獨(dú)特的生物特征，在這些特征的共同作用下，它們擁有了無(wú)與倫比的龐大身軀。

桑德的研究是從19世紀(jì)古生物學(xué)家愛(ài)德華·德林克·科普的觀察結(jié)果開(kāi)始的?？破兆⒁獾剑瑒?dòng)物的軀體隨著進(jìn)化發(fā)展而增大，這一理論被稱(chēng)為“科普法則”。中國(guó)北京脊椎動(dòng)物古生物學(xué)與古人類(lèi)學(xué)研究所科普法則專(zhuān)家戴維·霍尼(David Hone)認(rèn)為，體型龐大具有許多進(jìn)化優(yōu)勢(shì)。他解釋說(shuō)：“它們不易成為捕食對(duì)象，在尋找食物或交配對(duì)象時(shí)比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更有優(yōu)勢(shì)。我們還知道，大型動(dòng)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(dòng)物相比，大型動(dòng)物吃得更多，繁殖速度更慢，一旦遇到困難或食物短缺，會(huì)面臨更大的問(wèn)題。美國(guó)布朗大學(xué)古生物學(xué)家克里斯丁·賈尼斯(Christine Janis)說(shuō)：“像巨犀這樣的身軀龐大的哺乳動(dòng)物，它們的化石記錄歷史更短，而身軀嬌小的哺乳動(dòng)物的化石記錄則更久。”所以，一方面，自然選擇促使動(dòng)物身體越長(zhǎng)越大，另一方面，動(dòng)物因走上這條道路而得到懲罰。這種對(duì)立力量之間的均衡避免大多數(shù)陸地動(dòng)物的體重超過(guò)10噸。

體型龐大還帶來(lái)其他一些問(wèn)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(lái)？蜥腳類(lèi)恐龍以其特有的方式克服了上述所有的挑戰(zhàn)。蜥腳類(lèi)恐龍最早出現(xiàn)在距今約2.2億年前，很快長(zhǎng)成了龐然大物。已知最早的蜥腳類(lèi)恐龍是距今2.1億年、15噸重的伊森龍。

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

類(lèi)似年輪的生長(zhǎng)線

大象每四年產(chǎn)下一頭幼仔，而在同一時(shí)間段，恐龍可以下數(shù)百個(gè)蛋。這樣一來(lái)，蜥腳類(lèi)恐龍就可以消除因其身軀龐大帶來(lái)的一個(gè)危險(xiǎn)。數(shù)量是蜥腳類(lèi)恐龍?jiān)诿媾R危機(jī)時(shí)，相比于大型哺乳動(dòng)物具有更快反彈的潛力。支持賈尼斯這一論斷的證據(jù)來(lái)自于對(duì)恐龍蛋化石的研究。蜥腳類(lèi)恐龍留下了令人吃驚的恐龍蛋和窩的詳細(xì)記錄，有時(shí)里面還有保存完好的胚胎。恐龍蛋一般有鴕鳥(niǎo)蛋大小，一窩八個(gè)蛋。

蜥腳類(lèi)恐龍巢穴并沒(méi)有顯露出親代撫育的跡象，這進(jìn)一步增強(qiáng)了成年蜥腳類(lèi)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(jìn)一步揭開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)。他發(fā)現(xiàn)，身軀龐大似乎可以讓蜥腳類(lèi)恐龍生長(zhǎng)速度更快。為了解恐龍?jiān)鲩L(zhǎng)速度，桑德研究團(tuán)隊(duì)利用顯微鏡對(duì)恐龍骨骼進(jìn)行了檢查。

大多數(shù)恐龍的骨骼上都有類(lèi)似樹(shù)木年輪的生長(zhǎng)線(growth line)。根據(jù)桑德最后得出的結(jié)論，蜥腳類(lèi)恐龍的新陳代謝很快，使它們可以相對(duì)快速地獲得龐大體型。他說(shuō)：“其它類(lèi)型的恐龍都沒(méi)有蜥腳類(lèi)恐龍這么高的增長(zhǎng)速度。”桑德的研究小組對(duì)一種重達(dá)30噸、名為馬門(mén)溪龍的亞洲蜥腳類(lèi)恐龍進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明這種快速的生長(zhǎng)可以轉(zhuǎn)化為驚人的體重增加。馬門(mén)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(guò)增加200公斤。

與鳥(niǎo)類(lèi)一樣復(fù)雜的肺泡

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

20世紀(jì)80年代，芬蘭赫爾辛基大學(xué)的杰伊·霍坎南(Jyrki Hokkanen)揭開(kāi)了這個(gè)問(wèn)題——如何支撐和移動(dòng)龐大身軀——的謎底。通過(guò)分析大型動(dòng)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(lèi)恐龍，它們的軀體也遠(yuǎn)未達(dá)到理論上限。他說(shuō)：“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(lèi)恐龍笨重不靈活，但這一缺陷并沒(méi)有抑制它們向更大的身軀發(fā)展。 

一個(gè)相關(guān)問(wèn)題是大型蜥腳類(lèi)恐龍如何獲得足夠的氧氣。2003年，美國(guó)俄克拉何馬州薩姆諾貝爾自然歷史博物館的馬休·威德?tīng)?/span>(Mathew Wedel)破解了這一謎團(tuán)。威德?tīng)柊l(fā)現(xiàn)，蜥腳類(lèi)恐龍的肺部像鳥(niǎo)類(lèi)一樣。鳥(niǎo)類(lèi)的呼吸效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)哺乳動(dòng)物。蜥腳類(lèi)恐龍吸氣時(shí)，空氣充滿(mǎn)肺部和體內(nèi)的肺泡。也就是說(shuō)，蜥腳類(lèi)恐龍肺部的新鮮空氣會(huì)不停流動(dòng)，每次呼吸獲得的氧氣量是哺乳動(dòng)物的2.5倍。威德?tīng)栒f(shuō)：“蜥腳類(lèi)恐龍擁有一套肺泡系統(tǒng)，且它們同鳥(niǎo)類(lèi)的肺泡一樣復(fù)雜。” 

恐龍時(shí)代的精英 

蜥腳類(lèi)恐龍獨(dú)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(dāng)今地球上最大的陸地動(dòng)物都是食草動(dòng)物，靠吃進(jìn)大量沒(méi)有營(yíng)養(yǎng)的植物生存。這便要求食草動(dòng)物不停地吃下去。例如，大象一天當(dāng)中有18個(gè)小時(shí)在吃東西，每天消耗掉200公斤的植物。按照這些大型食草動(dòng)物的標(biāo)準(zhǔn)，蜥腳類(lèi)恐龍要吃飽一天至少要吞下1噸植物，它們?cè)趺茨茏龅竭@一點(diǎn)？ 

桑德發(fā)現(xiàn)，蜥腳類(lèi)恐龍像長(zhǎng)頸鹿一樣的脖子和小腦袋此時(shí)起了關(guān)鍵作用。脊椎輕可以讓蜥腳類(lèi)恐龍的脖子長(zhǎng)得更長(zhǎng)，增加了捕食范圍。如此一來(lái)，蜥腳類(lèi)恐龍站著不動(dòng)，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(lèi)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(lái)，整個(gè)吞入腹中。

正是由于獨(dú)特的繁殖和生長(zhǎng)方式及身體機(jī)構(gòu)，蜥腳類(lèi)恐龍才能克服龐大身軀帶來(lái)的諸多限制。毫不夸張地說(shuō)，蜥腳類(lèi)恐龍就是恐龍時(shí)代的“精英”。