恐龍為何會(huì)體形巨大

林泉

說到恐龍，對(duì)于大多數(shù)人而言首先映入腦海的就是“巨大”。那么恐龍為何能擁有龐大的體形？為什么陸地哺乳動(dòng)物從未達(dá)到這樣的尺度？是什么限制了動(dòng)物無限生長？恐龍是如何突破體形極限的？恐龍如何支撐自己龐大的身軀？

是什么限制了動(dòng)物無限生長

早在19世紀(jì)，英國古生物學(xué)家愛德華·柯普就注意到一個(gè)現(xiàn)象：一個(gè)物種的動(dòng)物在進(jìn)化過程中傾向于越變越大。這種現(xiàn)象后來被稱為柯普法則。從進(jìn)化上講，個(gè)體越大，就越難以被捕食者侵犯，同時(shí)也更容易在尋找食物和配偶時(shí)打敗對(duì)手。但同時(shí)也會(huì)帶來一些劣勢：大型動(dòng)物更容易滅絕，因?yàn)榇笮蛣?dòng)物與小型動(dòng)物相比，食量大、繁殖慢，所以在食物短缺的年代，滅絕的概率就更高。此外，大型動(dòng)物還會(huì)產(chǎn)生其他一些問題。譬如，如何支撐龐大的體重？如何攝入足夠的食物和氧氣？如何防止身體過熱？一方面自然選擇鼓勵(lì)動(dòng)物越長越大，但另一方面，它們最終要為此付出代價(jià)，這兩股力量相互制約，使得大多數(shù)陸生動(dòng)物的體重一般不超過10噸。但不可思議的是，以上劣勢所帶來的挑戰(zhàn)全被蜥腳類恐龍克服了。

恐龍是如何突破體形極限的

環(huán)境因素

其實(shí)，恐龍這種巨型生物的誕生是多種因素共同作用的結(jié)果，當(dāng)然，其中地球的環(huán)境因素占據(jù)很大一部分原因。首先，在恐龍家族生存的大部分時(shí)代，地球大氣層中的氧氣含量相對(duì)比較高。科學(xué)家認(rèn)為，白堊紀(jì)時(shí)地球大氣層中的氧氣含量應(yīng)該超過了30%，是現(xiàn)在大氣層中的含氧量的1.5倍。在那樣的富氧環(huán)境下，動(dòng)植物生長得比較快，個(gè)頭也能長得很大。這在蚊子、蒼蠅、蜻蜓、蛾、蝴蝶等小型動(dòng)物身上表現(xiàn)得更為明顯，以前它們的個(gè)頭是現(xiàn)在相同物種的2～3倍，有些甚至比現(xiàn)在的要大10倍以上。其次，那時(shí)候的氣候和生態(tài)環(huán)境較好，地球上動(dòng)物的生存棲息地也比現(xiàn)在要大很多。那時(shí)候地球上的氣候都比較溫暖濕潤，植物生長茂密蔥蘢，充沛的降雨和光照條件讓植物可以長得很大。由于食物充足，動(dòng)物沒有營養(yǎng)缺乏之虞，所以也能長得很大。

恐龍有高效的呼吸系統(tǒng)

蜥腳類恐龍擁有與鳥類相似的呼吸系統(tǒng)。鳥類的呼吸比起哺乳動(dòng)物來更為高效，因?yàn)樗鼈儾粌H有肺，還有氣囊。當(dāng)它們吸氣的時(shí)候，空氣同時(shí)充滿了它們的肺部以及身體里的氣囊。在呼氣時(shí)，雖然肺部的氣體流出，但同時(shí)從氣囊流出的新鮮空氣又進(jìn)入肺部（人類在呼氣時(shí)肺部是沒有新鮮空氣的），所以它們的肺部始終充滿了新鮮空氣。據(jù)計(jì)算，在一次呼吸中，鳥類肺部毛細(xì)血管能夠吸入的氧氣是同等肺活量哺乳動(dòng)物的2.5倍。有證據(jù)表明，蜥腳類恐龍也擁有像鳥類一樣的氣囊。這種呼吸方式還可以通過很多途徑來幫助支撐一個(gè)龐大的形體。首先，它解決了如何獲得足夠氧氣的問題；其次，氣囊位于身體椎骨附近，就像松軟的海綿一樣，極大地減輕了椎骨所承受的壓力；再次，為了與這種呼吸方式相適應(yīng)，蜥腳類恐龍的椎骨里還有許多中空的氣囊腔，這減輕了椎骨的重量；最后，這種呼吸方式還可以為通過氣喘來散熱提供方便，從而解決了散熱問題。

恐龍有獨(dú)特的消化方式

有一個(gè)隱藏的體形“天花板”在限制動(dòng)物的增大，這就是消化方式。在有限的時(shí)間內(nèi)能否吃得足夠多，是決定動(dòng)物體形的一個(gè)重要因素。一頭大象需要每天花18個(gè)小時(shí)不停地吃，一天大約能吃掉200千克植物。大型蜥腳類恐龍一天大概需要吃1噸植物，它們?nèi)绾文茏龅竭@一點(diǎn)呢？蜥腳類恐龍可以說突破了咀嚼的極限，因?yàn)樗鼈兂詵|西根本就不咀嚼。蜥腳類恐龍沒有發(fā)達(dá)的咀嚼系統(tǒng)，也沒有胃磨（胃石加蠕動(dòng)）系統(tǒng)，它們甚至可以把食物從消化道末端一直堆到脖子。蜥腳類恐龍的椎骨因中空而自重較輕，這讓它們的脖子長得更長。由此一來，它們上下左右的吃食范圍就更廣了。它們可以站著靜止不動(dòng)，僅靠扭動(dòng)脖子來完成吃食，這樣還可以減少能量損耗。而且在吃食時(shí)，它們并不咀嚼，而是用牙齒先把樹葉和樹枝采集下來，塞滿嘴巴，然后才一起吞咽下去。比起花時(shí)間咀嚼，這樣做讓它們每天能塞進(jìn)肚子更多的食物。蜥腳類恐龍的消化系統(tǒng)里有一個(gè)“發(fā)酵罐”，這使得細(xì)菌有大量時(shí)間將塞進(jìn)的植物的營養(yǎng)充分分解出來。

恐龍有別于哺乳動(dòng)物的生育方式

另一個(gè)限制動(dòng)物無限長大的“天花板”是哺乳動(dòng)物的胎生系統(tǒng)。大型哺乳動(dòng)物產(chǎn)仔是需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力的。一般而言，動(dòng)物越大，它的胎兒也越大；胎兒在母體內(nèi)孕育的時(shí)間越久，整個(gè)繁殖過程也會(huì)越長，而繁殖周期過長會(huì)導(dǎo)致它們快速走向滅絕。然而，恐龍卻完全避開了這個(gè)問題。體形大的恐龍不會(huì)生產(chǎn)大幼崽，而是產(chǎn)下相對(duì)較小的蛋。這種生產(chǎn)后代的方法有一個(gè)優(yōu)勢：胎兒在母體外發(fā)育，解除了懷孕的負(fù)擔(dān)，從而消除了生長限制。我們知道，哺乳動(dòng)物體形越大，它所生下的幼崽就越少，而且每次懷胎間隔就越長。然而因?yàn)槁焉?，大型恐龍卻可以持續(xù)不停地下一窩窩的蛋，因此擁有非常多的后代。大象要隔4年才生產(chǎn)一次，在同樣的時(shí)間里，一頭蜥腳類恐龍大概可以產(chǎn)幾百個(gè)蛋了。當(dāng)蜥腳類恐龍?bào)w形增大的時(shí)候，它們的后代數(shù)量并沒有因此減少，這樣，蜥腳類恐龍就躲過了一般大型動(dòng)物因繁殖慢而容易被滅絕的風(fēng)險(xiǎn)。萬一遇到危險(xiǎn)，比起大型哺乳動(dòng)物來，蜥腳類恐龍種群的數(shù)量也恢復(fù)得更快。

總而言之，蜥腳類恐龍是脊椎動(dòng)物演化史上的一個(gè)異類，它們本身擁有的一系列有利于大型化的結(jié)構(gòu)和生理特征造就了這個(gè)類群的大體形。蜥腳類恐龍擁有著非常強(qiáng)大的呼吸系統(tǒng)，它們可以獲得更多的氧氣；同時(shí)，特殊的進(jìn)食方式讓它們不需要消耗太多的能量就可以獲得更多的食物。于是，吸入的氧氣充足，身體也沒有太多的消耗，一代代演化下去，自然也就身體越來越強(qiáng)壯，體形越來越龐大了。通過它們那獨(dú)一無二的生殖、身體和生活方式上的諸多優(yōu)勢，蜥腳類恐龍終于克服了限制其他陸生動(dòng)物生長的不利條件，成長為史無前例的巨無霸。

恐龍是如何支撐自己龐大身軀的

知曉了恐龍“大體格”的來歷之后，也許有人會(huì)問：作為地球有史以來體形最大的動(dòng)物，蜥腳類恐龍是如何支撐自己龐大身軀的？蜥腳類恐龍之所以能夠支撐龐大的身軀，是因?yàn)樗鼈兊年P(guān)節(jié)比現(xiàn)代陸地哺乳動(dòng)物更柔韌。科學(xué)家認(rèn)為，連接蜥腳類恐龍骨骼的軟骨層數(shù)超過現(xiàn)代哺乳動(dòng)物，這讓它們的骨骼可以承受更多重量，進(jìn)而長出巨大的身軀。蜥腳類恐龍的身軀為何會(huì)如此柔韌呢？這是因?yàn)橛小肮切×骸钡拇嬖?。那么，什么是骨小梁？它是骨皮質(zhì)在松質(zhì)骨內(nèi)的延伸部分，在骨髓腔中呈不規(guī)則立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如絲瓜絡(luò)樣或海綿狀，起支持造血組織的作用。研究發(fā)現(xiàn)，伴隨著年齡的增長，骨小梁就會(huì)不斷被吸收掉，這個(gè)時(shí)候，骨骼也會(huì)變得越來越沉。民間有一種說法是“年齡越大、骨骼越重”，其實(shí)說的就是骨小梁和年齡之間的關(guān)系。而蜥腳類恐龍作為脊椎動(dòng)物，自然它們也是擁有骨小梁的，但是，蜥腳類恐龍的骨小梁卻并不會(huì)隨著年齡的增長而被吸收，它們的骨小梁結(jié)構(gòu)是非常特殊的—屬于一種非常輕的海綿狀物質(zhì)。這種特殊性也導(dǎo)致蜥腳類恐龍的骨骼重量并不會(huì)隨著年齡的增長而發(fā)生變化，否則如果蜥腳類恐龍的年齡越大，它們的骨骼就會(huì)變得越沉重，蜥腳類恐龍很快就會(huì)沒有辦法移動(dòng)行走了，自然它們也無法在地球上生存上億年的時(shí)光。