第08:科学训练营
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2019年09月10日 星期二 出版 上一期  下一期
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恐龙到底能长多大?
  说到恐龙,对于大多数人而言,首先映入脑海的就是“巨大”这个形容词。恐龙中出现了体型最大的陆生植食性动物——巴塔哥泰坦龙,最重的陆生肉食动物——雷克斯暴龙。恐龙生存的年代可以说是巨人的时代。那么,恐龙为什么能长这么大?

  环境中氧气含量高低并不能决定恐龙体型的大小

  相信很多读者,会第一时间想到一个“科学”的说法,那就是中生代(三叠纪、侏罗纪和白垩纪)的氧气含量比较高,因此一些恐龙才有了如此巨大的体型。

  这种说法的提出,可能参考了其他动物的相关研究成果。比如说甲壳类的体型大小是和水中溶解氧含量相关的。与之原因类似,研究泥盆纪、石炭纪的古生物的学者也确实提出过,当时陆地上的大型昆虫的出现与氧气含量的升高可能有关。

  实际上,包括昆虫在内的节肢动物在生理结构上与包括恐龙、人类在内的脊椎动物完全不同。昆虫的呼吸方式,是通过遍布身体的气管与外界进行气体交换来呼吸的,发生在体表,相对被动。而包括恐龙、人类在内的脊椎动物主要是通过相对主动的肺呼吸作用调节。空气中较高的氧气含量,对于昆虫为代表的这种呼吸方式来说,确实可以增添很高的效率。但是对脊椎动物这种相对主动的呼吸系统来说,影响并不会非常明显。

  独特的“双重呼吸系统”

  鸟类有一个独特的呼吸系统,叫做“双重呼吸系统”。鸟类遍布身体的气囊,吸收和吐纳空气,让空气在肺部来回通过两次。这种呼吸系统相对于哺乳动物来说更有效率,还可以根据环境变化来相对主动地调节呼吸效率,更好地利用环境中的氧气。说一个很简单的例子,高原上的雄鹰可以在氧气非常稀薄的高空飞行,在高海拔的山地筑巢生活,说明它们的呼吸效率是非常高的,这样,低氧环境就影响不了它们的体型大小。

  在恐龙里面同样存在“双重呼吸系统”。科学家不但在鸟类的近亲兽脚类恐龙骨骼上发现了气腔(这些气腔就是气囊所在之处)的痕迹,也在亲缘关系稍远的蜥脚类龙中发现了这种结构。蜥脚类龙恰恰就是体型最为庞大的一类恐龙。简单来说,蜥脚类恐龙实际上有一个非常高效的呼吸系统,对空气中的氧气利用率极高,类似鸟类。因此,空气中平均氧气含量的波动,应该对这类恐龙日常生活影响不大,不会存在氧气高了体型就变大,氧气少了体型就变小的情况。

  突破大型化的“天花板”

  实际上,动物是不会无限制的生长的。对于每一类动物而言,都有一种或多种条件去限制其体型的增长,包括咀嚼、运动、食物来源等。拿咀嚼举例,假设动物a的进食模式是每天最多进食八个小时,一天获得体重增加1kg,一年体重增加365kg,再乘上寿命,得到的数值就是这种动物的体重上限了。

  鸭嘴龙类是一类大型鸟臀类植食性恐龙,它们也是仅次于蜥脚类恐龙的第二大体型的植食性恐龙类群。它们其实没有突破咀嚼的“天花板”,但是它们演化出了一种远比现在哺乳动物牙齿高效的咀嚼结构,把这个“天花板”抬高了,所以体重可以达到几十吨。

  而最大的恐龙,蜥脚类恐龙,可以说是突破了咀嚼的极限。因为它们吃东西根本就不咀嚼。

  德国波恩大学的科研团队提出过一个蜥脚类恐龙的生理模型。形象来说,蜥脚类恐龙就是一个活着的树叶吸尘器加一个行走的沼气池。吃进去的植物在高温和消化酶,也有可能是微生物的作用下分解产生能量,维持这个系统运作。

  (科普中国)

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