研究揭示恐龍為何身形巨大
引自科學網
英國《新科學家》雜誌報導，距今約1.5億年前，地球上的統治者是恐龍，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？地球上其他陸地動物為何達不到如此“噸位”？現在，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，蜥腳類恐龍也屬於重量級。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)公佈他的研究結果之前，這些疑問一直沒有令人信服的答案。桑德說：“在恐龍體態演變問題上，我們現在的理論條理更清晰。”過去六年，桑德領導一個國際科學家小組一直在破解蜥腳類恐龍之謎。他們的研究結果表明，蜥腳類恐龍具有許多獨特的生物特徵，在這些特徵的共同作用下，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·科普的觀察結果開始的。科普注意到，動物的軀體隨著進化發展而增大，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大衛·霍尼(David Hone)認為，體型龐大具有許多進化優勢。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
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裏斯丁·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。它們如何支撐自己龐大的身軀？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。蜥腳類恐龍最早出現在距今約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，賈尼斯的研究發現，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，後代就越少。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，可幼仔的數量並沒有減少。”
類似年輪的生長線
大象每四年產下一頭幼仔，而在同一時間段，恐龍可以下數百個蛋。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。數量是蜥腳類恐龍在面臨危機時，相比於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來自於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，有時裏面還有保存完好的胚胎。恐龍蛋一般有鴕鳥蛋大小，一窩八個蛋。
蜥腳類恐龍巢穴並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後代的能力。但是，下蛋和缺乏親代撫育並不能完全解釋下蛋和不照顧幼仔的原因。於是，桑德又從其他方面入手欲進一步揭開這個謎團。他發現，身軀龐大似乎可以讓蜥腳類恐龍生長速度更快。為瞭解恐龍增長速度，桑德研究團隊利用顯微鏡對恐龍骨骼進行了檢查。
大多數恐龍的骨骼上都有類似樹木年輪的生長線(growth line)。根據桑德最後得出的結論，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：“其他類型的恐龍都沒有蜥腳類恐龍這麼高的增長速度。”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，研究結果表明這種快速的生長可以轉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。
與鳥類一樣複雜的肺泡
生長速度快當然有很多好處，可一旦動物擁有龐大身軀，它們如何應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造：脖子長，腦袋小，龐大的體型如酒桶一般，腿部粗壯結實。桑德及其他研究人員認為，蜥腳類恐龍獨特的身體結構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傑伊·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，霍坎南發現，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，儘管大型蜥腳類恐龍笨重不靈活，但這一缺陷並沒有抑制它們向更大的身軀發展。
一個相關問題是大型蜥腳類恐龍如何獲得足夠的氧氣。2003年，美國奧克拉荷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。威德爾發現，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，且它們同鳥類的肺泡一樣複雜。”
恐龍時代的精英
蜥腳類恐龍獨特的身體結構則解釋了這種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，它們怎麼能做到這一點？
桑德發現，蜥腳類恐龍像長頸鹿一樣的脖子和小腦袋此時起了關鍵作用。脊椎輕可以讓蜥腳類恐龍的脖子長得更長，增加了捕食範圍。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，從而節省了體力。此外，蜥腳類恐龍不是咀嚼食物，而是用掛鈎似的牙齒將枝葉從植物上咬下來，整個吞入腹中。
正是由於獨特的繁殖和生長方式及身體機構，蜥腳類恐龍才能克服龐大身軀帶來的諸多限制。毫不誇張地說，蜥腳類恐龍就是恐龍時代的“精英”。
Sauropoda(蜥腳類)
牠們是目前已知地球上最巨大的動物，包括許多知名的屬，如迷惑龍（原名為雷龍）、腕龍、梁龍等。
冒牌老師註: 其實大學時候有修過古生物學, 但是大型脊椎動物這一部份似乎不是課程重點, 早期學院研究古生物學都是為了教會學生如何辨認有孔蟲來尋找原油. 就好像許多電機系上的固態物理都著眼於半導體理論一樣吧.
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