恐龍長頸之謎

蜥腳類恐龍是如何進(jìn)化出如此長的脖子的呢？這個(gè)問題也正是古生物學(xué)家要探討的。美國古生物學(xué)家馬修·韋德爾和泰勒通過觀察地球上的其他長頸動(dòng)物，注意到一個(gè)明顯的規(guī)律：所有陸地動(dòng)物，無論是現(xiàn)在還生活在地球上的動(dòng)物，還是已經(jīng)滅絕了的動(dòng)物，除了蜥腳類恐龍之外，它們的脖子長度都有一個(gè)極限，不會(huì)超過大約2.5米。這令他們感到好奇，由此開始了他們對(duì)恐龍長頸之謎的探索。

長頸溯源與比較

蜥腳類恐龍代表了恐龍?jiān)缙谶M(jìn)化的獨(dú)特創(chuàng)新。最早的蜥腳類恐龍大約出現(xiàn)于2.4億年前，沒過多久就分道揚(yáng)鑣，分為三個(gè)大的族類：第一類是鳥臀目恐龍，后進(jìn)化為食草類恐龍，其后裔包括三角恐龍和鴨嘴龍；第二類是獸腳亞目肉食性恐龍，這一類后來又分成了好幾個(gè)不同的物種類別，包括恐龍、鳥類和幾種長頸食草動(dòng)物；第三類是蜥腳類恐龍，在2.1億年前它們進(jìn)化成體重達(dá)數(shù)十噸的龐然大物，它們笨重而粗壯的四條腿在地球大地上漫游了1.5億年。

為了找出蜥腳類恐龍的脖子為什么這么長的原因，韋德爾和泰勒對(duì)其他長頸動(dòng)物進(jìn)行了分析，并將蜥腳類恐龍與恐龍的近親鳥類和鱷魚進(jìn)行了比較。歷史上滅絕動(dòng)物的化石給科學(xué)家?guī)硪粋€(gè)又一個(gè)驚人的事實(shí)，曾經(jīng)生活在地球上的滅絕動(dòng)物比我們想象中的更令人驚訝。一次又一次，人們修改了動(dòng)物大小的極限，例如5米的翼展曾被認(rèn)為是飛行動(dòng)物的極限，但我們現(xiàn)在知道，會(huì)飛的爬行動(dòng)物翼龍的翼展可達(dá)10米。最大的陸地哺乳動(dòng)物是已經(jīng)滅絕了的一種與犀牛很相像的長頸古犀，它們的脖子長2～2.5米。翼龍也擁有極長的脖子，如阿氏翼龍的脖子長達(dá)3米。

在目前生活在地球上的動(dòng)物中，成年雄性長頸鹿的脖子最長，可達(dá)大約2.4米，沒有任何其他動(dòng)物的脖子能夠超過這個(gè)長度的一半，例如，鴕鳥的脖子也很長，但通常只有大約1米。

模樣像傳說中尼斯湖怪的海洋爬行動(dòng)物蛇頸龍，因?yàn)樯钤谒校山柚谒母×χС肿陨淼捏w重，它們的脖子可達(dá)到令人驚訝的7米之長，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能與蜥腳類恐龍相比，只有蜥腳類恐龍脖子長度的一半不到。據(jù)韋德爾和泰勒推測(cè)，蜥腳亞目大型半水生恐龍超乎尋常的長脖子可能是繼承了它們祖先的某種基因性狀。

長脖子的第一個(gè)秘密：大嘴小腦袋的“吃豆小精靈”

最早的恐龍是兩足動(dòng)物，體形也并不十分龐大，從頭部到尾巴總長也只有2米左右，但它們的脖子的長度卻占到身體長度的約1/3。這些早期恐龍可能是什么都吃的雜食性動(dòng)物，它們用牙齒啃食樹葉和一些小動(dòng)物，它們甚至還可以用牙齒撕裂一些大型獵物。但是，它們的牙齒并不十分適合咀嚼食物。在鳥臀目恐龍進(jìn)化出可以用來碾磨植物性食物的強(qiáng)有力的牙齒之時(shí)，蜥腳類恐龍和它們的肉食性堂表親獸腳亞目食肉恐龍仍然保留了它們祖先“囫圇吞棗”式的吞咽進(jìn)食習(xí)性——泰勒和韋德爾認(rèn)為，這可能是蜥腳類恐龍長頸之謎的第一個(gè)線索。

蜥腳類恐龍的進(jìn)食方式很奇特，它們張開大嘴，將盡可能多的植物葉子塞進(jìn)嘴里，它們的胃口有多大，取決于腸胃里的消化菌能吸收多少營養(yǎng)。韋德爾形容說，“它們的腦袋好似一臺(tái)張著大口的切草機(jī)，有點(diǎn)像精典游戲中的‘吃豆小精靈’，可以說它們的小腦袋上突出的就是一張嘴?！?0～15噸重的梁龍，它們的腦袋通常只有25千克重；25～40噸重的長頸巨龍，它們的腦袋只有大約50千克。

蜥腳類恐龍的腦袋小而輕盈，長脖子也能容易地支撐起這樣的小腦袋。蜥腳類恐龍進(jìn)食時(shí)并不咀嚼，它們甚至不需要可以暫時(shí)地將食物存儲(chǔ)在嘴里的臉頰，它們只是將食物一口吞下，然后讓胃腸去消化。所以，蜥腳類恐龍的腦袋幾乎就是一張大嘴。

長長的脖子上頂著這么個(gè)小腦袋確實(shí)很輕松，蜥腳類恐龍?jiān)跀z取高大樹木上的樹葉時(shí)，可以不必移動(dòng)笨重的身體，只需將長長的脖子上下左右轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以輕松地將看中的食物盡數(shù)送入口中。一種理論認(rèn)為，恐龍利用它們的長脖子可很方便地吃到高處的樹葉，就像長頸鹿那樣。另一種理論認(rèn)為，恐龍利用它們的長脖子左右橫掃，大面積地?cái)z取食物，就像鵝吃草那樣。無論恐龍采取的是哪種進(jìn)食方式，毫無疑問的是，長脖子使得它們每移動(dòng)一步都可以獲得盡可能多的食物，對(duì)于如它們這樣龐大的生物來說，這當(dāng)然是非常合算的，可為身體節(jié)省大量能量。

不過，如此一來，小小的腦袋能給大腦留下的空間就不多了。那這個(gè)缺陷會(huì)不會(huì)給梁龍等蜥腳類恐龍帶來太大的劣勢(shì)呢？韋德爾認(rèn)為，如果蜥腳類恐龍需要更發(fā)達(dá)的大腦，是完全可以做到的——大腦容量再增加不到0.5千克就可以了，而這完全在它們的長脖子可以支撐的范圍內(nèi)。他說：“梁龍的大腦容量如此之小，哪怕它們的大腦增加到原來的2倍甚至3倍，對(duì)長脖子的影響也是可以忽略不計(jì)的?！?/p>

事實(shí)上，即使沒有更大的大腦容量，蜥腳類恐龍也已經(jīng)在地球上興盛繁衍了1.5億年，一直到6500萬年前恐龍大滅絕事件的發(fā)生。它們的成功表明，大腦發(fā)達(dá)與否對(duì)于它們來說并不重要。

然而，對(duì)于其他種類恐龍的脖子進(jìn)化來說，咀嚼能力無疑是一個(gè)限制因素。咀嚼意味著在吞咽食物之時(shí)，需要下顎、牙齒和肌肉的一系列配合動(dòng)作。動(dòng)物的體形越大，食量也越大，對(duì)食物咀嚼能力的要求也越高。這也正是為什么三角恐龍和其他鳥臀目恐龍?jiān)谒鼈兌潭鴱?qiáng)健的脖子上都擁有一個(gè)巨大腦袋的原因，它們繼承了早期哺乳動(dòng)物咀嚼食物的習(xí)性——體形不大的哺乳動(dòng)物需要將食物細(xì)細(xì)咀嚼之后，才能被小小的腸胃系統(tǒng)消化吸收。一些哺乳動(dòng)物也確實(shí)進(jìn)化出了較長的脖子，但它們的遺傳基因限制了它們脖子的長度，韋德爾將這種限制稱為“體內(nèi)的限制”。

有史以來最大的陸地哺乳動(dòng)物是長頸古犀（長頸副巨犀），這種生活在漸新世的巨大的長頸犀形獸是犀牛已經(jīng)滅絕的表親，它們的脖子長度達(dá)到2～2.5米，與長頸鹿脖子長度相當(dāng)。長頸鹿的脖子是目前活在地球上的哺乳動(dòng)物中最長的。

長脖子的第二個(gè)秘密：輕靈椎骨與龐大身軀的完美組合

蜥腳類食草恐龍是動(dòng)物王國中脖子最長的動(dòng)物，為什么它們擁有比其他任何生物都要長得多的脖子呢？研究人員發(fā)現(xiàn)的第二個(gè)秘密是：它們脖子的骨骼是中空的。長頸長尾的蜥腳類恐龍是有史以來行走在地球上的最大的動(dòng)物，它們的脖子可達(dá)15米，是當(dāng)前世界長脖子動(dòng)物紀(jì)錄保持者長頸鹿的6倍，是有史以來生活在陸地上的任何其他動(dòng)物的至少5倍。

哺乳動(dòng)物的脖子長度之所以受到限制，除了要支撐沉重的腦袋之外，還有另外一個(gè)原因。幾乎所有的哺乳動(dòng)物都只有7塊頸椎，而蜥腳類恐龍則沒有這種約束。像大多數(shù)最原始的恐龍祖先一樣，蜥腳類恐龍擁有更多的頸椎，一般為12～17塊，最多可達(dá)19塊。相比之下，除了少數(shù)例外，如哺乳動(dòng)物中的樹懶和水生哺乳動(dòng)物中的海牛，幾乎所有的哺乳動(dòng)物，從老鼠到鯨魚到長頸鹿，它們的頸部椎骨都不會(huì)超過7塊。正因此，它們的脖子長度受到了限制。

泰勒和他的同事們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，蜥腳類恐龍長脖子的秘密隱藏在它們的骨骼中，它們的頸部骨骼擁有一些能夠支持長脖子的特質(zhì)，大自然的設(shè)計(jì)賦予它們的脖子以精妙的結(jié)構(gòu)：同哺乳動(dòng)物只在顱骨中才有氣囊不同，蜥腳類恐龍的頸椎骨的大部分都是中空的，里面充滿氣囊和骨質(zhì)，外面則是一層薄如蛋殼的堅(jiān)固外壁，由此成為支撐超長脖子的理想“支架”。

據(jù)泰勒估計(jì)，擁有15米超長脖子的超龍的身體總重量為6噸，這樣的負(fù)重需要一個(gè)龐大穩(wěn)固的軀干來保持平衡，而蜥腳類恐龍巨大的軀干和四條短而粗壯的腿提供了一個(gè)穩(wěn)固的平臺(tái)（雖然恐龍祖先是以兩腿行走的，但蜥腳類恐龍通常卻是四腳著地行走的）。相比之下，長頸鹿的軀干相對(duì)較小，而鴕鳥則是兩足行走，它們不擁有恐龍的這些優(yōu)勢(shì)，因而也無法超越頸長極限。

可以想象一下，如果讓一只1.6噸重的長頸鹿頂上一個(gè)6噸重的脖子，那它還不得立馬摔趴下了。對(duì)于兩足行走的恐龍來說，保持身體平衡更是一個(gè)大問題。這也正解釋了為什么兩足行走的獸腳亞目食肉恐龍中，脖子最長的三種食草恐龍異類，它們的脖子長度也無法超越2.5米極限的原因。

在恐龍時(shí)代，只有另一種爬行動(dòng)物似乎超過了這一極限，那就是翼龍，它們的脖子長達(dá)3米，支撐它們長脖子的估計(jì)只有一塊椎骨，但如鳥類般充滿氣穴的骨骼卻能令它們?cè)诳罩休p快地飛翔。如今鳥類中脖子最長的是駝鳥，它們的身體只能支撐起1米長的細(xì)脖子。

長脖子的第三個(gè)秘密：獨(dú)特的呼吸方式

泰勒和韋德爾發(fā)現(xiàn)的蜥腳類恐龍擁有長脖子的最后一個(gè)秘密是它們肺的呼吸方式。由于吸入新鮮空氣的需要，氣管的體積必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于肺部的體積，由此限制了脖子的大小。在吸氣時(shí)，鳥類通過內(nèi)部氣囊的膨脹吸入新鮮空氣，然后通過氣管將新鮮空氣輸送到它們相對(duì)較小的肺；在呼氣時(shí)，鳥類通過肺和氣管將二氧化碳呼出。由于鳥類的氣囊大于肺，鳥類的每一次呼吸都比哺乳動(dòng)物吸入更多的空氣，因此它們的脖子相對(duì)較長。泰勒認(rèn)為，相對(duì)于哺乳動(dòng)物的肺，鳥類的肺更有效率。因此，我們有理由相信恐龍也擁有與鳥類相類似的肺，至少在蜥腳類恐龍?jiān)缙谄鹪磿r(shí)是如此。此外，恐龍的身軀要比鳥類龐大得多，吸入的新鮮空氣可以暢通無阻地從巨大的脖子通過。

蜥腳類恐龍和其他恐龍的呼吸方式可能類似于鳥類：通過肺不斷地吸收新鮮空氣，而不必像哺乳動(dòng)物那樣需要呼出廢氣，再吸入新鮮空氣。這種呼吸方式可能有助于蜥腳類恐龍將獲得的氧氣通過它們長長的脖子源源不斷地輸送到肺部。遺憾的是，由于至今沒有發(fā)現(xiàn)蜥腳類恐龍的軟組織化石，很難找到確鑿的證據(jù)。

長頸優(yōu)勢(shì)帶來的幸運(yùn)：稱霸地球1.5億年

化石證據(jù)清楚地表明，不同種類恐龍脖子的大小形狀都有很大的不同。沒有任何兩種恐龍擁有完全相同的脖子。對(duì)于恐龍來說，脖子似乎具有相當(dāng)?shù)目伤苄?，可以讓它們輕松自如地適應(yīng)環(huán)境中的某些東西，如自然生態(tài)和植物分布等。長脖子的優(yōu)勢(shì)讓恐龍?jiān)跓o需大幅度移動(dòng)身體的情況下便能采摘到更大范圍內(nèi)的樹葉，這幫助它們節(jié)省了能量。脖子越長，節(jié)能越多。古生物學(xué)家認(rèn)為，正是龐大的身軀和長達(dá)幾米的脖子的完美組合，讓蜥腳類恐龍能夠成功稱霸地球1億多年。它們很早就出現(xiàn)在地球上，一直興盛不衰，直到滅絕恐龍的大災(zāi)難降臨時(shí)，才和所有其他的恐龍一起從地球上消失。

韋德爾說，如果不是一顆小行星的意外降臨扼殺了所有的恐龍，很可能這些蜥腳類恐龍至今仍然生活在地球上，沒有任何其他生物能夠?qū)⑺鼈內(nèi)《＿@或許反映了大自然的一個(gè)隱藏的規(guī)律：生物能夠進(jìn)化到什么程度，從一開始就已經(jīng)注定。鳥類不可能進(jìn)化到擁有蜥腳類恐龍那樣龐大的身軀，也不可能擁有蜥腳類恐龍那樣的長脖子，身為兩足動(dòng)物的先天條件限制了它們，無法向龐大身軀和超長脖子的方向發(fā)展進(jìn)化。哺乳動(dòng)物中長頸鹿的脖子不超過2.4米，是因?yàn)樗鼈儧]有蜥腳類恐龍脖子那樣的中空結(jié)構(gòu)，它們?yōu)檫m合咀嚼需要進(jìn)化出的結(jié)實(shí)牙齒、下巴以及強(qiáng)健的肌肉也是它們脖子進(jìn)一步發(fā)展的障礙。

蜥腳類恐龍能夠擁有龐大身軀與超長脖子組合，是大自然賜予的一種幸運(yùn)，從而使得它們能夠沖破所有其他陸地動(dòng)物脖子長度的極限，這樣的幸運(yùn)在進(jìn)化史上也是極為罕有的。

還有科學(xué)家認(rèn)為，長脖子對(duì)異性更有吸引力，在這種驅(qū)動(dòng)力的推動(dòng)下，恐龍進(jìn)化出了更長的脖子。但是，泰勒和他的同事們沒有發(fā)現(xiàn)支持這一理論的證據(jù)。泰勒等科學(xué)家準(zhǔn)備更進(jìn)一步地探索蜥腳類恐龍的長脖子之謎。例如，雷龍擁有非常奇怪的頸椎，科學(xué)家懷疑它們的長脖子用于雄性之間的爭斗——它們?yōu)闋帄Z配偶而戰(zhàn)。

深海中的長頸巨獸

雖然蛇頸龍遠(yuǎn)沒有蜥腳類恐龍那樣龐大的身軀，但由于它們生活在水生環(huán)境中，海水的浮力可以支撐它們身體的一部分重量，所以它們也進(jìn)化出了很長的脖子。例如，發(fā)現(xiàn)的一種蛇頸龍化石，其身體總長為11.2米，而脖子的長度就占了7米（不包括缺失的頭顱）。這種蛇頸龍的脖子有76塊椎骨，古生物學(xué)家對(duì)于這些椎骨的作用長期以來都有爭議，但如今他們已取得了共識(shí)：這是蛇頸龍的一種“偷襲機(jī)制”，在魚群尚未覺察到有大型捕食動(dòng)物接近的情況下，就已經(jīng)成了它們伸出的長脖子的獵物。