逍遥学能 2016-03-13 16:47
这些地球上的昔日霸主恐龙为何身形如此巨大
据英国《新科学家》杂志报道，距今约1.5亿年前，地球上的统治者是恐龙，而其中的主角则是蜥脚类恐龙。蜥脚类恐龙是一种草食恐龙，身长最大的超过30米，脖子和尾巴很长，粗壮的四肢支撑着如酒桶般的身躯，这个家族中还包括了粱龙、腕龙、雷龙。
体现自然选择的矛盾
长期以来，生物学家对蜥脚类恐龙前所未有的庞大身躯充满了种种困惑。它们怎样具有如此庞大的体型？地球上其它陆地动物为何达不到如此“吨位”？现在，地球上最大的陆地动物是非洲象，重量不过在6吨左右。即便在恐龙家族，蜥脚类恐龙也属于重量级。成年霸王龙重量只有7吨，而最大的非蜥脚类恐龙、称为巨型山东龙的中国恐龙重量也不过16吨。
在德国波恩大学古生物学家马丁?桑德(Martin Sander)公布他的研究结果之前，这些疑问一直没有令人信服的答案。桑德说：“在恐龙体态演变问题上，我们现在的理论条理更清晰。”过去六年，桑德领导一个国际科学家小组一直在破解蜥脚类恐龙之谜。他们的研究结果表明，蜥脚类恐龙具有许多独特的生物特征，在这些特征的共同作用下，它们拥有了无与伦比的庞大身躯。
桑德的研究是从19世纪古生物学家爱德华?德林克?科普的观察结果开始的。科普注意到，动物的躯体随着进化发展而增大，这一理论被称为“科普法则”。中国北京脊椎动物古生物学与古人类学研究所科普法则专家戴维?霍尼(David Hone)认为，体型庞大具有许多进化优势。他解释说：“它们不易成为捕食对象，在寻找食物或交配对象时比竞争对手更有优势。我们还知道，大型动物一般更易遭遇灭绝的威胁。”
面临更多挑战
与身躯娇小的动物相比，大型动物吃得更多，繁殖速度更慢，一旦遇到困难或食物短缺，会面临更大的问题。美国布朗大学古生物学家克里斯丁?贾尼斯(Christine Janis)说：“像巨犀这样的身躯庞大的哺乳动物，它们的化石记录历史更短，而身躯娇小的哺乳动物的化石记录则更久。”所以，一方面，自然选择促使动物身体越长越大，另一方面，动物因走上这条道路而得到惩罚。这种对立力量之间的均衡避免大多数陆地动物的体重超过10吨。
体型庞大还带来其他一些问题。它们如何支撑自己庞大的身躯？身体所需要的食物和氧气又从哪里来？蜥脚类恐龙以其特有的方式克服了上述所有的挑战。蜥脚类恐龙最早出现在距今约2.2亿年前，很快长成了庞然大物。已知最早的蜥脚类恐龙是距今2.1亿年、15吨重的伊森龙。
20世纪90年代，贾尼斯的研究发现，蜥脚类恐龙身躯庞大的一个重要因素是其独一无二的繁殖方式。同所有的恐龙一样，蜥脚类恐龙也下蛋。贾尼斯解释说：“哺乳动物体型越大，后代就越少。但是，大型恐龙可以同时拥有许多蛋和幼仔。虽然恐龙体型在不断增长，可幼仔的数量并没有减少。”
类似年轮的生长线
大象每四年产下一头幼仔，而在同一时间段，恐龙可以下数百个蛋。这样一来，蜥脚类恐龙就可以消除因其身躯庞大带来的一个危险。数量是蜥脚类恐龙在面临危机时，相比于大型哺乳动物具有更快反弹的潜力。支持贾尼斯这一论断的证据来自于对恐龙蛋化石的研究。蜥脚类恐龙留下了令人吃惊的恐龙蛋和窝的详细记录，有时里面还有保存完好的胚胎。恐龙蛋一般有鸵鸟蛋大小，一窝八个蛋。
蜥脚类恐龙巢穴并没有显露出亲代抚育的迹象，这进一步增强了成年蜥脚类恐龙繁殖更多后代的能力。但是，下蛋和缺乏亲代抚育并不能完全解释下蛋和不照顾幼仔的原因。于是，桑德又从其他方面入手欲进一步揭开这个谜团。他发现，身躯庞大似乎可以让蜥脚类恐龙生长速度更快。为了解恐龙增长速度，桑德研究团队利用显微镜对恐龙骨骼进行了检查。
大多数恐龙的骨骼上都有类似树木年轮的生长线(growth line)。根据桑德最后得出的结论，蜥脚类恐龙的新陈代谢很快，使它们可以相对快速地获得庞大体型。他说：“其它类型的恐龙都没有蜥脚类恐龙这么高的增长速度。”桑德的研究小组对一种重达30吨、名为马门溪龙的亚洲蜥脚类恐龙进行了研究，研究结果表明这种快速的生长可以转化为惊人的体重增加。马门溪龙一年的体重最多可以增加2吨。相比之下，非洲象一年体重不过增加200公斤。
与鸟类一样复杂的肺泡
生长速度快当然有很多好处，可一旦动物拥有庞大身躯，它们如何应对身体和生活方式的需要？蜥脚类恐龙全都符合相同的基本身体构造：脖子长，脑袋小，庞大的体型如酒桶一般，腿部粗壮结实。桑德及其他研究人员认为，蜥脚类恐龙独特的身体结构是其具有庞大身躯的重要原因。
20世纪80年代，芬兰赫尔辛基大学的杰伊?霍坎南(Jyrki Hokkanen)揭开了这个问题??如何支撑和移动庞大身躯??的谜底。通过分析大型动物的骨骼和肌肉力量，霍坎南发现，即便是体型最大的蜥脚类恐龙，它们的躯体也远未达到理论上限。他说：“腕龙的体型起码是别的恐龙的好几倍，但仍在陆地上行走。”所以，尽管大型蜥脚类恐龙笨重不灵活，但这一缺陷并没有抑制它们向更大的身躯发展。
一个相关问题是大型蜥脚类恐龙如何获得足够的氧气。2003年，美国俄克拉何马州萨姆诺贝尔自然历史博物馆的马休?威德尔(Mathew Wedel)破解了这一谜团。威德尔发现，蜥脚类恐龙的肺部像鸟类一样。鸟类的呼吸效率远远超过哺乳动物。蜥脚类恐龙吸气时，空气充满肺部和体内的肺泡。也就是说，蜥脚类恐龙肺部的新鲜空气会不停流动，每次呼吸获得的氧气量是哺乳动物的2.5倍。威德尔说：“蜥脚类恐龙拥有一套肺泡系统，且它们同鸟类的肺泡一样复杂。”
恐龙时代的精英
蜥脚类恐龙独特的身体结构则解释了这种80吨重的庞然大物如何可以获得足够的食物。当今地球上最大的陆地动物都是食草动物，靠吃进大量没有营养的植物生存。这便要求食草动物不停地吃下去。例如，大象一天当中有18个小时在吃东西，每天消耗掉200公斤的植物。按照这些大型食草动物的标准，蜥脚类恐龙要吃饱一天至少要吞下1吨植物，它们怎么能做到这一点？
桑德发现，蜥脚类恐龙像长颈鹿一样的脖子和小脑袋此时起了关键作用。脊椎轻可以让蜥脚类恐龙的脖子长得更长，增加了捕食范围。如此一来，蜥脚类恐龙站着不动，它们的脖子照样可以上下左右觅食，从而节省了体力。此外，蜥脚类恐龙不是咀嚼食物，而是用挂钩似的牙齿将枝叶从植物上咬下来，整个吞入腹中。
正是由于独特的繁殖和生长方式及身体机构，蜥脚类恐龙才能克服庞大身躯带来的诸多限制。毫不夸张地说，蜥脚类恐龙就是恐龙时代的“精英”。