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《科学大家》专栏:给你讲讲恐龙是怎样炼成的

时间:2017-07-06 13:34:33 点击:

  核心提示:出品 | 新浪科技《科学大家》  撰文 | 邢立达 新锐古生物学家  胚胎篇  占据着整个中生代大陆的恐龙品种繁多,各式各样的恐龙都有自己的生活方式。其成长过程错综复杂。不过,如果从宏观入手,恐龙的流...

  出品 | 新浪科技《科学大家》

  撰文 | 邢立达 新锐古生物学家

  胚胎篇

  占据着整个中生代大陆的恐龙品种繁多,各式各样的恐龙都有自己的生活方式。其成长过程错综复杂。不过,如果从宏观入手,恐龙的流水线上至少有6个流程:胚胎、发育、求偶、交配、生育和死亡;在微观上,我会按照化石证据来介绍各个细节,力求还原一个最真实的恐龙时代。

  胚胎是生命之始,但最初科学界还在争议恐龙是否卵生。直到1923年,美国纽约自然史博物馆第三次中央亚细亚考察探险队出发到蒙古搜集化石。7月12日上午,队员欧森在营地附近发现了世界上第一窝恐龙蛋,动万分的欧森跑回营地,兴奋不已的对队长安德鲁斯说:“恐龙蛋!恐龙蛋”!结果却被大伙嘲笑说他找到的是石土豆。第2天,在欧森的一再坚持下,安德鲁斯才到了化石点,结果他发现这确实是恐龙蛋,而且蛋的主人是原角龙,附带的还有窃蛋龙化石。这是一次里程碑性的发现,从此我们知道了恐龙确实是卵生的。

慈母龙宝宝们
孵蛋的窃蛋龙慈母龙胚胎

  欧森推倒了第一块骨牌,此后不久,古生物学家在世界各地都发现了各种恐龙蛋,像在中国河南西峡,广东河源两地就发现了数万颗。但恐龙蛋何其多,但蛋中含有胚胎的却极为罕见的。胚胎能告诉我们很多珍贵的信息,比如恐龙最初的发育状况,破壳后的活动能力等。目前各地已发现恐龙胚胎仅有十多种,如原角龙、窃蛋龙、大椎龙、慈母龙、亚冠龙和暴龙类等。

  蛋中挑骨,骨中看龙。恐龙胚胎在破壳前后有两种情况,一种是出壳后就有了独立生活的能力,如暴龙类,镰刀龙类的慢龙;另一种是出壳后还需要双亲照顾一段时间,如鸭嘴龙类的慈母龙、亚冠龙和赖氏龙。我们判断小恐龙是否能独立生活,主要看幼龙出壳之初的钙化软骨占总数的比例。比如慈母龙与亚冠龙这个比例分别是74%与72%,此外约有10%完全骨化,两种组织间的差距高达7倍,这就是说幼龙的骨骼关节还处于半发育状态,软趴趴的根本无法站立或跑动,只能依赖双亲养育,这时候的幼龙也毫无抵御天敌的能力,全凭运气行走江湖了。

  发育篇

  恐龙出壳之后就开始发育,而恐龙的生长速率不是匀速的,它的“青春期”膨胀得非常惊人,这可以从恐龙骨骼横切面那些类似年轮的构造看出。当我第一次看到鸭嘴龙类的蛋时,只觉得恐龙时代真是疯狂,疯狂年代疯狂事,一颗直径最多25厘米的恐龙蛋,居然能长出10米长的大恐龙。这其中可举的例子太多,这里就说说植食肉食两大阵营的代表:梁龙与暴龙。

  梁龙一出生就是跌宕在腥风血雨中,它们的幼龙绝对是疯狂生长:出壳时它约1米长,除去细长的尾巴与脖子,躯体并没多大。但第1年末,幼龙的长度就增加3倍,体重可达0.5吨;第3年体长可达10米,而体重增至3吨左右;第10年差不多成年前后,体长已达27米,重20吨以上。此时的梁龙差不多可以有效的保护自己,所以发育速度开始减慢。实际上,如果真如此发育,梁龙幼龙的童年基本是不停嘴的,除了睡觉,都在进食,其食物从地钱、石松、苔藓、蘑菇到大小蕨类,几乎无所不包。

梁龙宝宝窃蛋龙胚胎

  而作为生物链最顶端的暴龙,出生后就开始不消停的捕猎,其生长速率也相当惊人:十几岁的暴龙平均每年增长767千克,这样的生长速度能持续4年多的时间。胃口良好的暴龙在14岁到18岁期间能增加近3吨,到成年时它的总体重至少是5吨以上。

  对比这两种出壳后自主生存为主的恐龙,需要被照顾的恐龙的发育也一点不慢,比如一出生就被捧为爪上明珠的慈母龙,其大腿骨随着成长的变化大约是,胚胎6厘米;6周时20厘米;1.5岁时53厘米;3岁时58厘米,4岁时 80厘米。由此看来,那些大部队活动,所面对风风雨雨有父母们帮其承受的恐龙也有危机意识,甚至要增加高速自身才能更好的保护自己。

  此外,还有一点不能忘记,许多爬行动物在它们的一生当中是持续成长的,年龄越大,体积越大。这反映在细胞替换上,我们人类,当到达成年时就停止了成长,某些细胞死去不再替换新生,而爬行动物从却未停止生长情况下,持续的替换细胞,也就是说,它们一直生长着。所以现在零星发现的一些巨大化石,比如美洲发现的一个高达2.4米,约有一扇门那么大的蜥脚类脊椎化石,可能就是某种已知蜥脚类的长寿版,并非什么新品种。

  求偶篇

  当恐龙成年,自然而然就发情求偶,最近有这么一个观点,说生命的进化更大的动力是源自性选择。那么亿年前的爱情会是什么样子的呢?其实各种恐龙都有自己独到的求爱仪式。

  鸭嘴龙类的恐龙可能是靠“乐器”来吸引雌龙。比如,副栉龙长有一个独特的脊冠,这个脊冠长在鼻骨上,里面充满腔道,空气从鼻孔吸入,经过腔道到达肺部,这就构成了一个呈管状的发声器。最近,美国新墨西哥州自然史博物馆和山迪亚国家实验室的研究人员按此构造做了一个脊冠的精确模型,吹奏时能产生非常奇特的共鸣声音,像极了阿尔卑斯山麓吹奏长角号的声音。这种声音不仅可以使副栉龙相互识别、预警,而且还可以在繁殖季节为心上龙吹上一曲史前恋曲呢。

肿头龙。png
角龙类绚丽的颈盾
梁龙群

  肿头龙类则可能比较粗鲁。可以打包票,它们肯定是用厚重,装甲带刺的脑袋来互殴以争夺异性,就与今天在求偶季节山羊的行为相类似。不过,最近有一份报告指出,肿头龙的脑袋不能彼此相互撞击,否则会导致严重的脑震荡,而应该是撞击对方的身体,这样效果更佳,也不容易致命。

  角龙类,像是三角龙、五角龙和开角龙之类,它们应该也像肿头龙那般互撞,有点类似今天求偶季节的雄性麋鹿,将角互锁撞挤。此外还有更重要的炫耀资本,那就是它们角后的盾板,高大的盾板很可能着有极为艳丽的色彩,就像孔雀尾那般吸引眼球。

  至于那些大块头、长脖子、长尾巴蜥脚类,它们应该不会粗鲁的互撞,80年代后期,有一种观点认为这些离奇的尾巴的功能可以用来求爱或者交流。比如梁龙大约有40~50个小尾椎,尾部最后2米的横截面宽仅32毫米,重量大约有2公斤。研究人员通过计算机模拟的研究显示,如果它挥动尾巴,末端的速度可以超过音速,或许能够产生一些类似于鞭子发出的啪啪声,但是却比这些啪啪音大上2000倍。而且,其尾巴的基部经常可以发现有一些病理性的损伤,这可能是受到多次重复运动的严重挤压所致,很可能这就是求偶时用来抽打对方所造成的。

  长号,撞击,鞭打,这就是恐龙时代充满情趣的一部远古的罗曼史。

  交配篇

  古生物学家,尤其是恐龙学家,还有世界各地博物馆的讲解员、保安,说他们被问道有关恐龙生殖问题远多于其它的主题。尤其是国人对性方面更难于启齿,当想到2只80吨重的腕龙在交配,实在也叫人失语,但这依然是必须严肃的面对的话题。

  但首先要说明一点:人类迄今还没有看到过一件恐龙的生殖器化石,所有的所有,仅仅是假设。从同是爬行动物出发,我们推测恐龙的生殖应该与今天的爬行类差不多。雄龙都有一对生殖交接器,称为半阴茎,平时都藏在尾巴基部,也就是泄殖孔后方的空腔内。此外,有一类恐龙可能不用透过有性生殖,也就是交配受精的方式产生下一代,这种生殖方式称为孤雌生殖,或单性生殖。《侏罗纪公园》里面那句“生命只会寻找出路”就是在这里体现。这类的恐龙通常仅有单一的性别,只要环境合宜,雌龙的卵巢在进行减数分裂后染色体会倍增,形成双套染色体的卵。

惊天动地的爱,正在交配的三角龙
两只正在交配的暴龙
模拟交配场景的暴龙骨架

  现在你可以想象一下两只80吨重、正在交配的腕龙,会是那般震撼?80吨VS。 80吨的概念相当于2群各16头体重为5吨的非洲象高速互搏,这场景确实让人失语。很可能的姿势是,雄腕龙以尾部当作前腿腾空时的第3个支撑点,配合两腿组成“三脚架”状。因为只有让尾部承受一份体重,腕龙的交配姿势才可能成立,至于它们发出声音,包括叫声与撞击声,想必也震耳欲聋,绝对让小电影的演员自惭形愧。

  至于兽脚类中的暴龙(你们喜欢叫做霸王龙),本以为没人会去想这个不着边际的问题,岂料有一年,我却在西班牙阿斯图里亚斯侏罗纪博物馆看到了这令人目瞪口呆的一场景:2件暴龙装架成正在交配状,这肯定是世界独一例,而且它们用的是背入式体位:母暴龙趴伏着,小小的、只有2指的前臂差点就碰到了地面,而臀部高耸,公暴龙双腿站立,正在拼命干活。有点佩服这装架师,因为背入式是从生理解剖上讲接近完美的性交方式,它通用于哺乳动物(自然也适用于人类),甚至恐龙。

  而另外的兽脚类中,比如小盗龙,既然它们的一支与鸟类关系极为密切,那么它们的交配方式也可以从现在的鸟类身上去寻找答案。鸟类是通过生殖器官的短暂接触进行交配的,但它们的交配好似耍杂技。回溯小盗龙,雄龙可能一边保持平衡一边爬上雌龙背上,它们一起拍打双翅,使身体在几秒钟之内保持稳定的姿势,雌龙尾巴翘起,雄龙尾巴向下,运动,搞定。甚至,参照鸟类,有的手盗龙类可能可以在空中完成交配。

  不过,事实上我们没有任何方法去回答有关恐龙生殖的特定问题。主要原因是因为软组织极难形成化石,以前曾经有一个报道说“河源发现雄性恐龙生殖器化石”,这全然是一个闹剧,那明明就是一段指骨。反正我们迄今还不知道恐龙内部或外部器官的真正构造,也全然无法了解到两只80吨重的腕龙如何正确的去交配,反正它们就是以腕龙的方式完成了。要知道,腕龙这一个属本身就存活了约2500万年之久呢!

  生育篇

  我们没有恐龙交配的性爱录像带,当然也就没有恐龙妈妈如何生产龙宝宝的实况。但这个情况却不像交配那样基本靠想,全托了恐龙蛋巢遗迹的福,我们可以得知部分恐龙的生育方式,以及孵化的情况。

  恐龙是靠下蛋来繁殖后代的,在1922年欧森找到那些被讥讽为“石土豆”的恐龙蛋之前,学界有部分人认为恐龙是卵胎生的。就是在体内孵化后再生产出来,不然他们无法想象存在过这么庞大的蛋,毕竟是那么庞大的动物阿。可惜的是,恐龙蛋并不大,最大的恐龙蛋你也能轻松抱起。那恐龙是怎样下蛋的?打打官腔,因为恐龙家族庞大,种类繁多,不同种类的恐龙在下蛋方式上肯定会有很大的不同,甚至相同品种在不同地域就有不同的下蛋方式。

  伤齿龙,就是那种被誉为延缓哺乳动物进化几百万年的、很聪明的恐龙。活在北美的伤齿龙会把蛋产在刚干涸的湖底或沼泽地的湿润泥土里,靠输蛋管向下蠕动的力量轻松的把蛋深深插入泥土中,就像你在蛋糕上面插草莓一样。而生活在中国的伤齿龙则是选择水边的沙土地作为下蛋地点,它们先用爪子在地上刨出一个坑,然后蹲坐下来使身子成直立或半直立状态,并把蛋产入蛋坑里松软的沙土中,之后再用沙土小心的把这些蛋埋起来。

窃蛋龙胚胎
慈母龙胚胎

  而窃蛋龙类的下蛋方式则介于爬行类与鸟类之间。古生物学家在中国江西一具雌窃蛋龙体腔内发现2颗保存完整的带壳蛋,证实窃蛋龙所属的兽脚类恐龙拥有双输蛋管的构造。这个构造介于现生鳄鱼和鸟类中间。它和鳄鱼一样拥有双输蛋管,却安排每条输蛋管一次生一颗成熟蛋,这反而比较像仅有单输蛋管的现生鸟类。从这点可以看出,我们此前经常一厢情愿的那爬行类或鸟类来类比恐龙是一件很轻率的事情。

  至于蛋巢,最典型的莫过于慈母龙所建造的。慈母龙的拉丁文学名为Maiasaura,她被引申为慈详的母亲。纵观整个古生物历史,也就这么仅此一次,恐龙的属名被指为雌性的属性——字尾是雌性的saura而非雄性的saurus。慈母龙之所以被引申为慈详的母亲,是因为其化石的旁边有一个近于碗状土丘窝巢,窝巢中有15只幼年慈母龙幼龙大约1个月大,它们的牙齿已磨损,验证母亲照料幼体,或者将食物带到巢内,或者带它们到巢外觅食再回到窝巢。慈母龙建造的盆状蛋巢直径约2米,下面垫泥土和碎石,蛋的上面盖了一些植物,用以保持一定的温度,让蛋自然孵化。

  除了慈母龙的自然孵化,还有自动孵蛋的假说。证据是蒙古发现的窃蛋龙骨骼就趴在一窝恐龙蛋上面。像许多现代鸟类的巢穴中那样,它身下的22颗蛋排列成一个圆形。只见窃蛋龙用两条腿紧紧地蜷在身子的后部,这与现代鸡孵蛋的姿势完全一样。此外,它的两只前肢伸向后侧方向,呈现出护卫窝巢的姿势。但最近该假说遭到挑战,新理论认为,窃蛋龙是蹲伏在预先建造的蛋巢中心,定期回到窝里每次生出成对的蛋,并依3、6、9和12点钟的方位,排成多层环状序列,再用细砂覆盖,让炙热的白垩纪阳光让其自然孵化。这两个说法谁也说服不了谁,但都足以说明,发展到中生代后期的恐龙们,确实已经有一套非常适用的生育方式,来使自己的后代远播五湖四海呢。

  死亡篇

  恐龙也一样,也一样会受伤,伤太重就会挂掉。可以这么说,保存下来的化石,只有极少一部分是老死的,基本都是因为生病、被咬、互搏、中毒、塌方……等原因而死,所以古生物学家很多时候都要充当SCI的责任:看似平淡无奇的化石里,死因就像一条红线一样,贯穿在中间,古生物学家的责任就是要去揭露它,把它从石头中清理出来,彻底地加以暴露。

  鸭嘴龙会得癌症,美国俄亥俄州东北州立大学的研究人员就在鸭嘴龙的骨骼内发现了肿癌的存在:97块鸭嘴龙骨骼中足足有29个肿瘤。这可能与当地针叶树木中富含致癌物质有关。总之,这些可怜的鸭嘴龙长期忍受着病痛。

  暴龙的牙病,在暴龙Sue的大嘴巴里,可以看到还有一些不足5厘米的异常牙齿,它们已经扭曲,齿上的锯齿也磨平了,呈现出病态的黑灰色。这可能是Sue的牙病,或者是牙床曾经受到重伤,比如被同类或者肿头龙顶了一下,导致牙齿畸形。但Sue发育晚期细密的生长线表明,它已经完成了生长,著名的“苏”暴龙就死在28岁那年。

  恐龙妈妈的微量元素中毒,这可以在中国河南西峡的成千上万颗恐龙蛋中找到源头。古生物学家经过对恐龙蛋及蛋化石的切片进行观察和分析,发现很多蛋化石是完整如初的,表面没有丝毫裂痕,说明在当时就是未经孵化的蛋,而且切片观察里面还没有幼年胚胎,既没有胚胎又没有孵化,其中必有案情。最后通过综合分析,认为是恐龙妈妈的微量元素中毒,其体内的铱、锶元素等含量过高导致大量恐龙蛋不易发育孵化。

异特龙
异特龙捕猎是高风险行为

  最有趣的可能是大奥的死亡。大奥“Big Al”是1991年发现的一具异特龙化石。大奥是一个未成年个体,95%的完整度,长8米。其中19块骨头有损伤,或是显示出疾病的痕迹。BBC还专门为此拍摄了《大奥传奇》。这部片极为经典,显示了古生物学家通过伤痕累累的化石来还原大奥的一生,高潮是雄性大奥在求偶中失败,被体型较大的雌异特龙抛弃,不过拍出来的效果却更像雌异特龙在躲避臭流氓似的。最后,大奥在一次捕猎中不幸后腿骨折,这就意味着伤好之前它无法捕猎,这是足以致命的,于是大奥最终饿死在沙滩上。而在BBC与龙同心的专题网站上,还有一个叫做大奥的小型养成类游戏,你可以控制一只小异特龙走路、捕食,长大后甚至还可以去找雌性异特龙示爱。我玩了好几次,最好纪录是长至2吨,但后来踩到泥潭陷死了(这也是很多恐龙死亡的原因)。

  以上就是恐龙生长过程,这些神奇而壮丽的生命,绝对值得我们在内心深处为其激赏。转瞬间,它们已穿越时空,但那拉长的背影,却在我们心中激荡不去……现在恐龙研究还有诸多未解之谜与缺失环节,这有赖于新研究方法的提出以及新化石的发现。探索之漫漫,此时的我们需要您的援手,因为充满着好奇心与想像力的你,才是恐龙学的大未来!

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作者:佚名 来源:网络
 

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