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原文链接,译者:Dinah,自述:“本人大龄已婚非文艺女青年是也。水瓶座,爱八卦,爱生活。闲来无事喜欢看科普节目。有点七零后倾向的八零后。”

他们是史上最大的陆地动物,但你要是想知道蜥脚龙是怎么变的如此之大的就要问问James O’Donoghue了。

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我到阿根廷之前从未真正意识到最大的恐龙究竟有多大。结果,我只看了一根骨头就理解了。

我去了位于布宜诺斯艾利斯的阿根廷自然科学博物馆,在那我遇到了一块恐龙脊柱骨。拿它和什么比呢?一块人的脊柱骨能够轻轻松松地被放在手掌上;大象的用两只手也能拿得动。而自我面前的那块1.6米高的庞然大物完全是另外一个吨位的——非得用辆叉车才搬得起来。

这块脊柱骨是阿根廷龙的,据我们所知那是一种1亿年前的恐龙,并且是迄今为止曾经存在过的最大的陆地动物。它们能长到35米长、80吨重。

阿根廷龙是蜥脚龙的一种。蜥脚龙很好认,除了阿根廷龙还有梁龙、腕龙和迷惑龙(雷龙)。蜥脚龙都有长脖子、长尾巴、桶状躯干和树干状四肢。它们不都巨大无比,但是它们中的那些大个儿大起来非比寻常。

没有任何一种陆地动物的身材比得上阿根廷龙和其同类(水生动物有另外专文——见第40页“鲸的传说”)。如今最大的陆地动物当属非洲象,成年雄象重达6吨左右。最大的陆地哺乳类动物是身高6米的无角犀牛——副巨犀,它们生活在300万年前,重量超过15吨。即使在恐龙里面,蜥脚龙也自成一派。一个成年的霸王龙的重量仅为7吨,最大的非蜥脚龙是中国发现的一种鸭嘴龙——山东龙(Shantungosaurus),重达16吨。

蜥脚龙空前的大块头一直以来都困扰着生物学家们。它们如何得以长的如此之大?为什么在它们之前和之后都没有任何生物达到那样巨大的吨位?没有一个令人满意的答案能够回答这些问题。直到现在。

“我们现在有一套完整的理论来解释恐龙的巨型身材如何演化,”德国伯恩大学古生物学家Martin Sander这样讲。Sander花了六年时间带领着一支国际科学家团队来解决恐龙身材之谜。结果发现蜥脚龙有着一整套独一无二的生理特征,正是这些生理特征让它们变得无比巨大。

越大越好

Sander的研究起点基于19世纪古生物学家Edward Drinker Cope的观察资料,Edward注意到动物的谱系在进化过程中有一种变大的趋向,最早的动物很小,后代却越来越大。这个过程被称作“柯普法则”。

变大有着进化优势,David Hone解释道,他是中国北京古脊椎动物学和古人类学研究所研究柯普法则的专家。“(体型越大,)你就越难被捕食,同时通过竞争获得食物和配偶更容易”。但是最后问题来了,“我们也知道大型动物更易于灭绝”,他说。大些的动物要吃掉更多的食物,繁殖起来却比小动物慢得多,所以当世道艰难食物紧缺的时候他们的日子更难过。“许多超大型哺乳动物,如副巨犀,从化石的记录来看只存在了很短的时间,然而小些的哺乳动物存活时间更长 ”罗德岛普罗维登斯布朗大学哺乳动物古生物学家Christine Janis解释道。因此一方面自然选择促使动物长得越来越大,但另一方面,还是自然选择让这些生物因变大而灭亡。这两种此消彼长的对抗力量使得多数陆地动物的体重超不过10吨。

大尺寸也带来其他麻烦。你如何支撑你庞大的身躯?如何往你体内填满足够的食物和氧气?如何保持体重不会过胖?不知蜥脚龙们如何克服所有这些挑战的。

近似于蜥脚龙的恐龙们最早出现在2亿2千万年前,并且体型迅速变大。已知最早的可以称之为蜥脚龙的是2亿1千万岁、15吨重的伊森龙(参见法国科学院报告第一卷,第103页)。从那开始,蜥脚龙越变越大。巨大的蜥脚龙按照不同的谱系在世界各地随着时间不断进化。

这是怎么来的?在上世纪九十年代Janis曾建议注意一个重要的因素——蜥脚龙的繁殖方式。像所有其他恐龙一样它们通过生蛋来繁殖后代,而几乎所有哺乳动物都亲自生育幼崽。

“哺乳动物的体形越大,后代的数量就越少,生育的间隔期也越长” Janis解释说,“然而巨大的恐龙可以孕育很多的蛋、孵出很多幼崽。恐龙身体不断变大的时候,它们幼崽的数量丝毫不会减少”。大象每四年才生育一次。同相同的时间内,一个大恐龙能生上百个蛋。

这使得蜥脚龙避开了其他大型动物常会遇到的危险。当遇到种群危机时,恐龙有能力将其数量以更快的速度回复如初,这速度比大型哺乳动物要快的多(参见Annales Zoologici Fennici, vol 28, p 201)。在Janis的假设基础上针对化石蛋的研究逐步展开。蜥脚龙留下了惊人详细的关于蛋和巢的记录,有些蛋中甚至还有保存完好的胚胎组织。这些恐龙蛋像鸵鸟蛋一样大或稍小点,一堆蛋通常有八个之多,在阿根廷还有更多蛋的蛋堆被发现过。

小事一桩

让Sander感到震惊的是成年蜥脚龙的大块头和它们的蛋和蛋堆的小尺寸之间的不协调。“个体的很大一部分精力通常都用于生产”,他说,“然而一个蜥脚龙母亲,至少要有5吨重,一次却只生24千克的蛋。她必须在一年中生个几次才行,否则她的繁殖能力就显得太弱了”。从巢穴的样子来看也没有迹象表明蜥脚龙会孵蛋,这再次说明成年蜥脚龙一定要多生蛋才能保证后代存活。

然而蛋生、缺乏亲代关怀,并不能说明所有恐龙都生蛋并不顾它们的子女。Sander因此查找其他资料来进一步揭开谜题。

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很明显的是为了长大,恐龙生长的很快。为了了解恐龙的生长速度,研究人员通过显微镜检验恐龙骨头的切片。多数恐龙骨上有生长线——类似于树的年轮——这表明了具有缓慢新陈代谢动物的一种典型的间歇性生长。蜥脚龙骨却并非如此,它们有着如同哺乳动物和鸟类一样的连续生长迹象。Sander总结说,蜥脚龙新陈代谢很快,这使得它们能够相对快地长到巨大的尺寸。“没有任何其他恐龙有蜥脚龙这么高的生长率”,他说道。

他的研究团队关于一个30吨重的亚洲蜥脚龙——马门溪龙的研究结果表明飞快的生长速度带来了惊人的重量增加。在马门溪龙生长高峰期,它的体重每年要长2吨。相较而言,非洲象的体重每年最多长200公斤。

快速的生长很棒,但是当一种动物达到了某种庞大的尺寸,它将如何应对身体的需要和生活方式的变化?蜥脚龙的体格都是这样的:长脖子、小脑袋、巨大的桶状身躯,还有不可避免的,笨重的四肢。Sander与人争论到:恐龙身体内外独特的解剖结构是其得以承担巨大体格的关键因素。

上世纪八十年代,芬兰赫尔辛基大学的Jyrki Hokkanen曾经揭开了这个问题的一角——如何支撑和移动如此巨型的身躯。通过分析大型动物体内骨头和肌肉力量,他认为即使最大的蜥脚龙也还没大到躯体能够长大的上限。“臂龙即使再长大一倍也还能在陆地上行走”,他总结道(参见理论生物学期刊,第118卷,第491页)。因此虽然庞大的蜥脚龙看起来笨重,但是它自身的生理条件并没有限制它的尺寸。

一个相关的问题是如何得到足够的氧气。2003年山姆诺堡自然历史博物馆的Mathew Wedel以蜥脚龙有鸟类的肺部结构为依据给出了解释。

鸟类呼吸的效率高于哺乳类动物。当它们吸气的时候,空气充满它们的肺部和身体深部的气囊。呼气的时候气囊里的新鲜空气流出、涌入肺部(译注:肺部的空气被呼出)。这意味着肺部始终有新鲜的空气,这保证鸟类每呼吸一次得到的氧气是哺乳类动物的2.5倍。“据我们所知,蜥脚龙的气囊系统有着与鸟类一样复杂的结构” Wedel说(参见古生物学,第29卷,第243页)。

鸟类式呼吸在多个方面对恐龙支撑其庞大身躯有所助力。第一,解决了获取充分氧气的问题;第二,气囊的位置环绕脊椎,在很大的程度上承担了脊椎的重量。如我在阿根廷所见,巨大的脊椎上到处都有气囊凹槽,就像瑞士奶酪的形状。气囊减轻了恐龙身体所承担的重量。

最后,像鸟一样呼吸还解决了另外一个问题:蜥脚龙如何保持它们的体温不至于过热。高速的新陈代谢和巨大的身躯,加上恐龙的表面积与体积比又很小,往往会出问题。“大块头的蜥脚龙很可能像鸵鸟那样通过呼吸来给身体降温” Wedel说。

解剖学也对80吨重的动物如何获取足够的食物做出了解释。当今最大的陆地动物都是素食者,它们通过进食数量庞大但营养贫乏的植物维持生命。这是因为尽管没有足够的高营养食物供给,如水果、果实,以持续满足大型动物的需要,但是像草、树叶和树枝就有很多了。通常认为,巨大的已灭绝的恐龙也是这样的食物结构。

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生物动力学认为蜥脚龙还能长得更大,为什么没有呢?

依靠低营养食物生存意味着恐龙要吃得很多。大象每天要进食18个小时,吃掉200公斤的草木。在可用的时间内吃掉足够维持生命的草木的能力是限制大象身材的主要因素。

巨大的蜥脚龙每天可能需要吃掉一吨的草木才行,它们做到了吗?Sander认为恐龙的鹤一样的长脖子和小脑袋是问题的关键。

较轻的脊椎使得恐龙的脖子能够长的很长,这就增大了它们的进食空间,上下左右的都增大了。脖子转来转去进食的时候,它们的身体可以呆在原地不动,这保存了体能。

更厉害的是,蜥脚龙并不咀嚼食物,而是在吞下食物之前用它那木桩一样的牙齿拔下树叶和树枝。这样它们每天不必花时间咀嚼就可以吞下多得多的食物。这还意味着它们不需要沉重的臼齿和咀嚼肌,减轻了头部的重量,脖子可以长得更长。

不用咀嚼的大餐通过在其巨大身躯内漫长的微生物发酵过程,为恐龙提供给维持生命的养分。但这导致了另一个问题。由于开花植物在恐龙时代晚期才得以进化,恐龙的餐单仅限于诸如智利南美衫、银杏、马尾草等植物。波恩大学动物营养学家Jürgen Hummel指出这样的植物所能提供的养料非常有限。蜥脚龙如何依靠如此有限的 “食谱”存活呢?

Hummel准备弄清楚这个问题。2008年他通过将恐龙的主要食物与羊的内脏分泌物混合来模拟恐龙的消化系统。结果显示,这些植物多数比我们认为的要有营养得多。“假以足够的时间让这些古老的植物充分的消化,它们的营养成分就会被分解出来。长时间的消化道停留就是这些古老的植物能够维持恐龙生命的原因”,他说道(参见英国皇家学会会报B,第275卷,第1015页)。

有着独特的繁育方式、生长模式和生理结构,蜥脚龙突破了身体尺寸的限制,而其他的陆地动物都没能成功。蜥脚龙的存在简直浑然天成。巨大的蜥脚龙在恐龙时代应运而生,存在于地球长达1亿4千5百万年。它们灭绝的时间距今也只有6千5百万年。地球上哪天还能见到它们那样的大个儿呢?

Sander认为没有什么理由不会出现这样的大个儿,只要等到另一套无与伦比的生理结构体系得以形成。“蜥脚龙的生理结构适应了当时的环境,但我想这不是唯一的一套能够让生物体长成庞然大物的模式”,他说,“但是,如要生态系统归零重新开始,必须物种大量灭绝;而且进化周期的规律决定,往往要花上3000-4000万年的时间,才能看出一种新生物到底能长多大。”阿根廷龙看来在很长一段时间内都会是大个儿中最大的那个。■

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英国,埃塞克斯,詹姆士∙欧∙多诺休

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13 Responses to “看看这些大个儿的尺寸!”

  1. 一掠而过的妖说道:

    沙发啊沙发

  2. BillLiv说道:

    很好,非常有研究价值,让我们更多的了解关于恐龙的知识!

  3. BillLiv说道:

    动物的谱系在进化过程中有一种变大的趋向,最早的动物很小,后代却越来越大。这个过程被称作“柯普法则”。
    “柯普法则”是不是用来解释古生物生长趋势的所提出的一套法则?

  4. cppapp说道:

    看起来人类在进化过程中也有变大的趋势
    个头高的男人总是比矮个子更容易找到配偶。。

  5. ligand说道:

    很有道理的研究

  6. 孤生竹说道:

    又是这么巧,今天CCTV10的科技之光,报道了国内发掘出的巨型汝阳龙,其椎体直径51cm甚至超过了阿根廷龙的50cm。

  7. 孤生竹说道:

    今天下午的10套《科技之光》报道的巨型汝阳龙(也是蜥脚龙)其椎体达到了51cm,超过阿根廷龙的50cm,完整复原后的很可能要成为新的记录

  8. dinahesow说道:

    翻译完了这篇文章我和老公亲自去了北京自然博物馆,真的很大~~~

  9. [...] 本文的原文在这里。译者:Dinah,自述:“本人大龄已婚非文艺女青年是也。水瓶座,爱八卦,爱生活。闲来无事喜欢看科普节目。有点七零后倾向的八零后。”她的其他译作在这里。 [...]

  10. [...] 本文的原文在这里。译者:Dinah,自述:“本人大龄已婚非文艺女青年是也。水瓶座,爱八卦,爱生活。闲来无事喜欢看科普节目。有点七零后倾向的八零后。”她的其他译作在这里。 [...]

  11. 紫清剑仙说道:

    很不错的文章,让我了解了许多恐龙的知识。顶一下。

  12. 足球说道:

    这个知识有必要了解下

  13. 木兰说道:

    第一幅图十倍大是错误的,原图好像只是说大吧?https://songshuhui.net/archives/11978
    最大的易碎双腔龙应该是蓝鲸的两倍大。

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