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                    專題
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                    《科學24小時》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    旨在向全國廣大群眾,特別是具有中等文化程度的廣大青年,普及科學技術知識,繁榮科普創作,啟迪思想,開拓視野。

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                    恐龍王國的巨無霸——蜥腳類恐龍

                    2017-06-12 14:54:00

                      恐龍是地球中生代生物圈的主宰,而最大的恐龍種類 — — 蜥腳類恐龍,也是迄今地球史上最大的陸地動物。目前所有已知身長超過20米的恐龍都屬于蜥腳類恐龍,其中體形最大的梁龍,身長更是達到了54米。

                      雖然陸地生命出現于地球已超過 4億年,但除了大型蜥腳類恐龍外,還沒有出現過其他身長超過20米的動物。為什么蜥腳類恐龍能長得這么大,它們一天得吃多少東西呢?它們又是怎么做到在短時間內,進食足夠多的食物從而維持正常生長的呢?它們是如何支撐起這樣龐大的身軀,身體內的各種器官又是如何協調完成各種代謝所需的呢?    

                      大塊頭有大飯量

                      動物體形越大,食物需求量自然也就越大。蜥腳類恐龍能長得這么高大,首先就得益于生存地水草豐茂,有足夠的食物滿足它們的需求。

                      大型蜥腳類恐龍以植物為食,而植物是低熱量食物,熱量和營養成分較低,因此它們每天都需要進食大量植物才能維持日常所需的能量。非洲象是現代最大的陸生動物,每天要耗費近18個小時用于進食,幾乎沒有時間睡覺,它們一天能消耗接近200千克的植物。按照這些大型食草動物的體重,古生物學家推測蜥腳類恐龍每天至少要吞下1噸植物。如果按照非洲象的進食方式及效率推算,蜥腳類恐龍即使一天24小時吃個不停,也根本無法滿足需求。那么它們是采取怎樣的進食方式以滿足其自身能量需求的呢?原來,大型蜥腳類恐龍擁有一套進食效率很高的獨家“法寶”。

                      天生卷葉機

                      蜥腳類恐龍的牙齒只長在口腔前部,而且非常細小,牙冠高呈葉狀,橫斷面呈橢圓形,牙齒鈍且沒有咀嚼能力。顯然,這么鈍的牙齒只能吃柔嫩多汁的植物。

                      古生物學家曾經對蜥腳類恐龍的牙齒進行過研究,結果發現,其他類型恐龍牙齒的磨損面在牙齒頂端,但這類恐龍牙齒的磨損面則在牙齒一側。古生物學家據此認為,蜥腳類恐龍是從植物上剝扯下植物后直接吞咽,壓根沒有咀嚼這一過程。這樣直接吞咽的進食方式,無需花大量時間咀嚼,可以快速連續地進食,大大提高了單位時間內的進食量。

                      此外,中生代地球生長了大量木賊科植物,它們營養豐富但含有對牙齒有害的硅酸鹽,因此現生動物很少以它們為食。蜥腳類恐龍只吞不嚼的進食方式,可以大大減少硅酸鹽對牙齒的損害,從而獲得比其他咀嚼進食動物更多的食物選擇。

                      超長捕食桿

                      蜥腳類恐龍擁有迄今為止任何已知動物中最長的脖頸,這種恐龍的脖子能長到15米,其長度是長頸鹿脖子的6倍。由于蜥腳類恐龍體重過大,行動起來并不輕松,因此它們的長脖子和小腦袋就能起到關鍵作用。

                      蜥腳類恐龍的頸椎多達19塊,并且充滿氣囊,由此減輕了脖子的重量,維持了身體平衡。環繞在這些頸骨周圍的肌肉、肌腱和韌帶也能使效率最大化,使脖子做出更加有效的運動。如此一來,即便這些龐然大物站著不動,它們的捕食范圍也很廣,可以在以脖子長為半徑的區域內上下左右覓食,從而加快進食速度,并節省體力。此外,長長的脖子也可以幫助蜥腳類恐龍舉目四顧,防備捕食的偷襲。

                      巨大的石囊

                      蜥腳類恐龍每天都會進食1噸未經咀嚼的食物,這么大的“草堆”該如何消化呢?

                      恐龍專家曾在蜥腳類恐龍化石中發現了胃石,并由此推測它們可能會通過胃的蠕動,由胃石將食物研磨稀爛后再進行消化。這個道理就和如今的雞、鴨等動物,都會常常吃點小石頭幫助消化是一樣的。

                      雖然蜥腳類恐龍的砂囊能將食物輕易粉碎,但消化吸收還是需要一段時間的,因此它們就需要一個很大的胃來消化食物碎屑。因此,蜥腳類恐龍的胃也是異常巨大的。

                      飛速生長

                      古生物學家通過研究發現,蜥腳類恐龍的新陳代謝速度很快,這是其他類型的恐龍望塵莫及的。這種快速生長使它們體重的增長速度達到驚人的地步,也使蜥腳類恐龍能夠相對快速地獲得龐大體型。比如梁龍在成年之前,每天可以增重2~3千克,馬門溪龍一年的體重最多可以增加2噸。

                      此外,大多數恐龍的骨骼上都有類似樹木年輪的生長線,蜥腳類恐龍也不例外。根據這個生長線得知,與其他類型的恐龍相比,同齡的蜥腳類恐龍體型可以大數倍。

                      大塊頭的大負擔

                      也許你會擔心,蜥腳類恐龍能否擔負如此龐大的身軀。放心,它們在繁衍過程中,逐漸進化出了一套特殊的應對策略。

                      首先,蜥腳類恐龍的腳掌巨大,當它們四足行走時,就能把龐大的身體重量分散到4個寬大的腳掌上,從而減小對地面的壓強,提高通過松軟地面的能力。

                      其次,與現代鳥類相似,絕大多數的大型蜥腳類恐龍都有氣囊結構。這些氣囊環繞著脊椎,獨特的身體構造大大分擔了脊椎的重量,也增加了一次流入流出的氧氣量。而且這一構造還能同時解決另一個問題 — — 利用氣囊保持并穩定自身體溫。

                      再次,即更重要的是,雖然大型蜥腳類恐龍體型龐大,但它們的骨骼已演化成多孔、空心或薄壁結構,從而減輕了重量。蜥腳類恐龍死亡后,它們的骨骼很容易在外力作用下破碎,再經過漫長的地質作用后,便很難保存為完整的化石。這就是為什么迄今發現的95%以上的大型蜥腳類恐龍的化石標本都是嚴重破碎殘缺的原因。

                      因此,較完整的大型蜥腳類恐龍化石在今天就顯得格外珍貴,它們是科學家探索這些遠古時期巨型陸地動物如何起源演化、繁衍生息以及從興旺走向衰亡的最直接的實物證據。

                      獨特的血液壓力泵

                      蜥腳類恐龍的體型龐大、脖子粗長,心臟是怎樣將血液輸送到全身各處的呢?

                      如果根據現生動物的體重與心臟重量比進行估算,那么這類恐龍至少需要一個重達數十噸的巨大心臟,才能把血液泵送到頭部。如此一來,心臟的重量幾乎能達到其體重的10%,這顯然不太可能。

                      因此古生物學家認為,蜥腳類恐龍除了擁有一個主心臟外,其頸部還可能擁有多個小型輔助心臟。每個輔助心臟可以把血液泵送到下一個輔助心臟,如此接力傳送,直至把血液輸送到頭部。

                      大塊頭的煩惱

                      蜥腳類恐龍的股骨比脛骨長,說明其絕不是依靠快速奔跑擺脫危險,而是依仗龐大身軀及強大力量對抗敵害的。龐大的體型雖然也有好處,比如不易成為被捕食的對象,在尋找食物時比競爭對手更有優勢;但同時也讓它們面臨更多挑戰 — — 一般而言,大型動物更易遭遇滅絕的威脅。因為與身材嬌小的動物相比,大型動物食量驚人,繁殖速度緩慢,一旦遇到生存危機或食物短缺,便很難應付。與身軀較小的哺乳動物的化石記錄相比,那些龐然大物的化石記錄歷史要短得多。所以,一方面,自然選擇促使動物身體越長越大;另一方面,它們也更易受到大自然的懲罰。這種對立力量之間的均衡,使得大多數陸地動物的體重都不會超過10噸。

                      古生物學家是這樣總結蜥腳類恐龍的巨大體型的:大型蜥腳類恐龍體型增大的同時,其全身的組織器官、身體結構和生理特點,也相應地進行了一系列為適應身材大型化的配套演化。巨大的進食量配套了獨特的進食方式;頭骨因無需生長咀嚼肌肉可以向輕小化發展,巨大的胃部不僅能存儲未經咀嚼且消化緩慢的食物,還能依靠一些卵石幫助消化……由此可見,生物演化對生物自身的生理和身體結構特性密切相關,真可謂牽一發而動全身。生物需要進行相互配套演化,才能達到對環境的最佳適應。地球環境在對生物提出挑戰的同時,生物也在為了更好地生存而不斷進化,構成了品種繁多、美妙絕倫的地球生物圈。

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