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腕龙是怎么长成“巨无霸”的

2018-06-22 10:50 来源:科技日报 实习记者 陆成宽

  近日,电影《侏罗纪世界2》在内地上映,剧中码头边被火山灰和岩浆吞没的腕龙赚足了观众的眼泪,也让人记住了这个悲伤无助的“大个子”。

  腕龙属于蜥脚类恐龙,这类恐龙都是植食性恐龙,也是地球历史上最大的陆生动物。在蜥脚类恐龙中像腕龙这样体型庞大的还有很多,目前已知最大的身长可达54米。虽然目前的研究还不能确定到底是什么因素使得蜥脚类恐龙如此巨大,但研究人员从外部环境与恐龙自身特征等角度对比得出了多种解释。

  解释一:顺应进化规律,长得大有生存优势

  一个多世纪前,美国古生物学家爱德华·德林克·柯普通过观察化石记录的信息发现,动物的躯体随着进化发展而不断增大,刚开始时个体一般较小,随着时间推移,后代会变得越来越大。生物学家把生物的这种体型趋于增大的进化趋势称为“柯普法则”。比如,马是从和狗一般大小的动物持续进化而来的。

  “依据‘柯普法则’,很多动物的体型都有变大的趋势,这是生存的需要,体型越大,自卫能力越强,越不容易成为被捕食的对象。”中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员徐星告诉科技日报记者。也就是说,可能是生存竞争使得蜥脚类恐龙长成了“巨无霸”,这样它在攻击、逃避、觅食、确立势力范围、争夺雌性等时,都处于有利地位,同时也不用担心自己受到食肉动物的攻击。与此同时,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员汪筱林表示,蜥脚类恐龙主要生活在侏罗纪,那个时期的植物主要是裸子植物,比如银杏、松柏类等,这些树木高大,为了要吃到这些枝叶,恐龙也会逐渐进化出庞大的体型。

  但是,也有人疑惑为什么现在的动物没有长到像蜥脚类恐龙那么大呢?

  解释二:省去咀嚼时间,吃得多才能长得大

  有观点认为,现在的哺乳动物之所以没有像蜥脚类恐龙一样庞大的“身板”,是因为它们长到一定程度之后就不长了。这与它们每天有限的进食量有关。比如,虽然大象每天用于进食的时间多达18个小时,但是它在进食时要花费大量的时间进行咀嚼,这就决定了它每天的进食量是有限的,事实上大象每天吃掉的食物约为200千克。

  然而,蜥脚类恐龙每天却能吃掉1吨食物。“一般认为蜥脚类恐龙在进食时不需要进行咀嚼,它们用牙齿咬下树叶和树枝,然后将食物直接吞下,这样就省去了大量用于咀嚼的时间,因而可以在一定时间内吞下更多的食物。同时,它的肠道容积也很大,并且依靠一个庞大的菌群消化,整个肠道就像发酵池,这样的特点使得它每天的进食量远远超过现在的哺乳动物。”徐星说。所以,它的体型也就长得特别大。

  此外,在恐龙生活的时期,高浓度的二氧化碳与较高的气温使得当时的地球植物茂盛,这也为蜥脚类恐龙提供了充足的食物供应。

  解释三:呼吸系统像鸟,氧气足够身躯所需

  动物的生存、生长不仅需要食物,也需要氧气。体型越大,其需氧量也就越多。因此,蜥脚类恐龙如此庞大的身躯没有一个好的呼吸供氧系统是肯定不行的。

  在徐星看来,蜥脚类恐龙独特的呼吸系统是维持其庞大体型的一个重要因素。“从呼吸的效率上讲,现在的鸟类是呼吸效率最高的类群之一。蜥脚类恐龙拥有与鸟类一样的肺部结构,呼吸效率远高于哺乳动物。当它们吸气时,肺部和气囊中充满空气;当它们呼气时,气囊里的新鲜空气涌出取代肺部的空气,这意味着肺部始终拥有新鲜空气。鸟类每呼吸一次获得的氧气量是哺乳动物的2.5倍。”

  与此同时,与鸟类十分相似的呼吸系统,对支撑蜥脚类恐龙庞大的身躯多有助益。气囊位于脊椎附近,有利于减轻恐龙四肢所承担的重量,有研究发现蜥脚类恐龙的脊椎骨上布满了气囊形成的空腔。

  解释四:新陈代谢旺盛,幼年增长速度惊人

  有些研究发现,蜥脚类恐龙体型庞大也可能与其生长速度有关。“在某个特定时期,恐龙的生长速度特别快,每年增加的体重很多,而且也有证据显示,其高速生长期较长,新陈代谢旺盛。”徐星说。

  他表示,研究发现恐龙有一些比较特殊的生理现象。幼年恐龙新陈代谢效率与成年恐龙差别非常大,差距远大于其他动物虽然幼年哺乳动物与成年哺乳动物在新陈代谢上也有些差别,但不会太大。而幼年恐龙新陈代谢率却明显高于成年恐龙,也从侧面反映了恐龙在幼年时生长速度极快。

  为了解恐龙增长速度,古生物学家利用显微镜对恐龙骨骼的切片进行了研究,发现大多数恐龙的骨骼上都有类似树木年轮的生长线。根据这些生长线,古生物学家们能够推测恐龙的年龄,用结合体重数据,就能推测恐龙的生长速率。德国波恩大学古生物学家马丁·桑德的研究团队在系统研究蜥脚类恐龙后,认为它们的新陈代谢很快,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。”

  他们对一种名为马门溪龙的亚洲蜥脚类恐龙的研究结果表明,马门溪龙体重一年最多可以增加2吨,而非洲象的体重一年不过增加200千克。

  解释五:产卵繁殖后代,“能生”很重要

  20世纪90年代,美国布朗大学古生物学家克里斯丁·贾尼斯研究发现,蜥脚类恐龙身躯庞大的一个重要因素是其独特的繁殖方式。和其他恐龙一样,蜥脚类恐龙也是卵生。贾尼斯说:“大型恐龙可以同时拥有许多蛋和幼崽。虽然恐龙体型在不断增长,可幼崽的数量并没有减少。”

  一般来说,哺乳动物的体型越大,其后代的数量就越少,繁殖间隔期也越长。这样一旦生存环境变得恶劣,就容易导致种族灭绝。如今,地球上最大的陆生动物非洲象每4年会产下一头幼崽,而在相同的时间里,恐龙则能够产下数百个蛋。在蜥脚类恐龙面临危机时,这种繁殖方式能够使它们的数量快速反弹。

  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。

  以上这些解释可能都对,也可能有些因素并不重要。或许蜥脚类恐龙如此巨大并不是单一因素决定的,而是在内外因素的共同作用下,它们才拥有了无与伦比的庞大身躯。

(责任编辑:王蔚)

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