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测量恐龙的体能——更多证据表明双足恐龙是热血动物

新研究表明许多恐龙是温血动物,这挑战了长期以来对其新陈代谢和生理学的观点。

作者:Ed Yong
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恐龙是温血还是冷血,这是古生物学中最持久的问题之一。它们像今天的哺乳动物一样产生自身体温吗?它们的体温更多地受到环境的影响,就像今天的爬行动物一样吗?还是它们使用了这两种策略的混合?科学家们对所有这些可能性都提出了大量论据,但华盛顿大学的赫尔曼·庞特(Herman Pontzer)提出了新的观点,表明许多恐龙确实是温血动物。

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根据我们对现存动物的了解,庞特计算了 14 种恐龙在行走或奔跑时所需的能量。他的模型显示,这些古代爬行动物所需的能量超出了冷血生理学所能提供的范围。它们的新陈代谢需求与现代温血动物(如哺乳动物和鸟类)的范围相同,温血动物的体力活动时间远远长于冷血动物。

虽然温血动物和冷血动物在短时间内都能同样活跃,但温血动物在长跑中具有更高的有氧运动能力,从而具有优势。这种有氧能力由一个称为最大摄氧量(VO2max)的指标表示,通常通过让动物在跑步机上跑步来测量。显然,如果研究对象已经死亡 6500 万年,跑步机都还没发明,那就不可行了,但庞特有办法。在早期工作中,他表明,通过观察动物的臀部离地面的高度,可以以 98% 的准确率预测动物奔跑或行走所需的能量。

庞特研究了包括霸王龙(Tyrannosaurus)、迅猛龙(Velociraptor)和始祖鸟(Archaeopteryx)在内的 13 种恐龙的臀部高度,以及一种密切相关的非恐龙物种——马拉斯古鳄(Marasuchus),并利用这些数值粗略估算了它们的有氧能力。他专注于双足行走的物种,因为它们的体重分布比四足亲戚(如梁龙(Diplodocus)或三角龙(Triceratops))更清晰。

他的数据表明,这些恐龙的有氧能力,尤其是大型恐龙,持续高于从短吻鳄到鬣蜥等现存爬行动物的最大值。即使在行走时,大型恐龙(尤其是大型食肉动物)的能量需求也远远超过冷血动物所能承受的范围。

为了更精确地估算,庞特还使用了一个数学模型来计算恐龙行走肌肉的大小,并由此推算出它们有氧能力。他又得出了相同的结论。最大的物种根本无法以冷血的新陈代谢运作,而像迅猛龙这样的小型恐龙可以行走但不能奔跑。只有十二只中的最小的始祖鸟,其最大摄氧量接近现存冷血动物的范围。

还有几种可能的解释。大型恐龙可能是冷血的,但拥有一些使它们具有比现代爬行动物更强有氧能力的适应性,尽管庞特认为这不太可能。恐龙也可能不进行持续的冲刺,而是依赖于短跑,就像许多巨蜥那样追捕猎物。但这将使大型物种承担不切实际的长时间恢复期,在此期间它们几乎无法活动。

庞特表示,他所研究的 13 个物种之间的关系支持所有恐龙都依靠温血新陈代谢来驱动奔跑的观点。如果他保守地看待他的估计,那么另一种解释是,温血性至少进化了三次——在早期蜥脚类恐龙、在兽脚亚目(包括鸟类和大多数食肉恐龙)以及在现代鸟类中——并且在早期蜥脚类恐龙和兽脚亚目之间的时期,例如像迅猛龙这样的小型掠食性偷蛋龙类中,又一次消失了。这种重建不仅混乱,而且与骨骼和原始羽毛的证据相矛盾,这些证据表明偷蛋龙类是温血动物。

尽管如此,存在一种风险,即通过仅关注双足恐龙,庞特可能已经使他的数据集偏向于那些可能本身最有可能温血的物种。像巨大的蜥脚类恐龙和多样化的鸟臀类恐龙,只由它们最早的三个成员——板龙(Plateosaurus)、异齿龙(Heterodontosaurus)和莱索托龙(Lesothosaurus)——代表。

大型植食性恐龙仍有可能拥有完全不同的生理机能,包括“惯性恒温”,即它们由于庞大的体积散热非常缓慢而保持恒定的体温。

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庞特的新研究远未解决恐龙生理学的争论,但它为这场争论增添了另一条证据。这场争论不仅仅是学术上的奇思妙想——它对于理解恐龙如何生活、进化并最终灭绝至关重要。

参考文献: Pontzer, H., Allen, V., & Hutchinson, J. (2009). Biomechanics of Running Indicates Endothermy in Bipedal Dinosaurs PLoS ONE, 4 (11) DOI: 10.1371/journal.pone.0007783

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