出品:科普中国
制作:秦子川 DinosaurX团队 (中国科学院古脊椎动物与古人类研究所)
监制:中国科学院计算机网络信息中心
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 。
这样说没错, 恐龙中确实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 。 虽然说恐龙当中也有小个子, 如在树林间攀爬营生的胡氏耀龙,尝试四翼飞翔的顾氏小盗龙 。 但总体而言, 恐龙生存的年代的确可以说是巨人的时代 。
(图片来源:http://www.gxmuou.com/jiankang/19218.html)
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 。 这种说法在国内外网络媒体上非常常见, 以至于被很多人认为是学术前沿的研究成果, 或者是被公认的“常识” 。
那么, 事情真的是这样么?
此言差矣!
这种说法起源于何处已经不可考证了, 但这种说法的提出, 确实可能参考其他动物的相关研究成果 。 比如说甲壳类(例如螃蟹)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 。
石炭纪时期, 昆虫和其他节肢动物体型都很大 。 由于节肢动物特有的呼吸与代谢系统, 高氧气含量导致了它们的大体型 。
(图片来源:https://t.cj.sina.com.cn/articles/view/6424860453/17ef39725001004dej )
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的呼吸器官——肺, 深埋胸腔之内, 是不暴露在空气当中的, 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 。
举个通俗易懂的例子, 如果说脊椎动物在氧气含量高的地方体型大, 氧气含量低的地方体型小, 那为什么西藏的哺乳动物, 如牦牛、藏獒一点也不比它们的近亲小呢?呼吸方面, 脊椎动物是非常主动和聪明的, 氧气含量低点没关系, 有很多办法可以解决, 比如增大鼻腔、增加血红细胞浓度等 。
回到恐龙和恐龙时代, 这种高氧气含量对恐龙大型化的解释就很牵强了 。
首先, 对于中生代空气中氧气含量相对现今到底孰高孰低, 学界仍然有很多争议 。 不同科研机构, 基于不同的研究方法模拟出中生代古氧气环境, 含量有的比现在高, 有的比现在低 。 这样的结果非常正常, 中生代(三叠纪到白垩纪)长达近两亿年, 空气中含氧量也存在多次起伏和变化的可能性 。 也就是说, 中生代可能有时候氧气含量比现在高, 有时候反而比现在低 。 一概而论是不可取的, 不能说氧气含量比现在高时有大的恐龙存在, 就说恐龙大型化和高氧气含量有关, 这样就没法解释氧气含量低时也存在大型恐龙的情况了 。
既然如此, 我们回归去讨论恐龙这种生物的本质 。 有没有确凿的证据, 说明恐龙的体型是氧气含量决定的呢?或者说, 有没有人发现这种关系, 氧气含量高了, 恐龙体型就大?
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