恐龙如何变乌鸦?

大科技大科技 科学之谜 2022-06-29 1917 0

现在已经有许多证据证明鸟类是恐龙的后代,可这件事还是让人有些难以接受。确实,恐龙是陆上霸主,身披鳞甲、满嘴利齿,实在跟那些彩裳加身、喙尖无齿的天上飞禽一点也不相像。恐龙是如何长成鸟类的呢?

恐龙如何变乌鸦?

适于飞行的恐龙骨架

恐龙一直是为飞行而生的,尽管许多恐龙从未离开过地面,但它们仍然拥有适于飞行的基本结构框架。

在恐龙之前和之后,大多数四足动物的重心位于胸部区域,它们需要大量的能量才能用后肢将自己抬高,这使得它们很难轻松地直立。而恐龙的重心距离臀部不远,臀部之前相对较短的躯干被更坚实的下半身以及长尾巴所平衡,就像一个省力杠杆一样。因此以臀部为支点,恐龙可以毫不费力地用后肢站立,哪怕是不那么健壮的后肢也可以支撑身体的绝大部分重量。这样一来,恐龙就可以将前肢腾出来进行其他活动,这是恐龙打败其他动物的一大优势。

恐龙如何变乌鸦?

恐龙的前肢空闲之后可以进行一些诸如采集果实、擒拿猎物的活动,时间一长,前肢就变得越来越灵活,最明显的转变是原本笔直的腕骨逐渐转变为可以旋转的腕骨,甚至可以将前肢伸到后背上挠痒痒。鸟类继承了这种“半月形腕骨”,能将前肢向后弯曲到腕部,更灵活地扇动翅膀,帮助它们飞上高空。

鸟类还从恐龙身上继承了许多有助于飞行的骨骼结构:偷蛋龙类和驰龙类的恐龙具有肋骨钩状突,可以连接肩胛骨的肌肉,这种发达的胸骨为鸟类提供了肌肉的附着面,是飞行动力的来源;在偷蛋龙类和似鸟龙类的骨骼化石中,人们发现其具有由特定椎骨融合形成的综荐骨和尾综骨,前者会使背部变硬,有助于飞行,后者则为尾羽的生长提供了支架。

双重呼吸源于恐龙

发达而突出的胸骨不仅有利于发展更强劲的胸肌,还为一种独特的呼吸器官——气囊提供了空间,有了气囊,鸟类得以使用双重呼吸这种高效的呼吸方式,而这种呼吸方法很可能来自恐龙。

英国的一个研究小组研究了4种现代鳄鱼和29种鸟类的空腔,并将它们的结构与16种恐龙的结构进行了比较。在比较了扫描结果之后,他们发现恐龙的椎骨比鳄鱼的椎骨更像鸟类。许多恐龙,包括迅猛龙和棘龙,都有肋椎骨关节,也有与鸟类相同的脊椎和肋骨。更重要的是,人们在蜥脚类和兽脚类恐龙化石中发现了气囊存在的证据,其中气腔龙除了在脊椎骨上,还在叉骨、肠骨和腹肋等骨骼上有气囊存在的痕迹,显示出它具有和鸟类非常接近的气囊系统。

恐龙如何变乌鸦?

没有气囊的生物在吸入空气和呼出空气时使用的都是同一个通道,这意味着一次呼吸过程很难完全利用吸入的氧气或彻底清空废气。而有了气囊,就相当于多了一个中转站,吸入身体的空气会被暂时储存在气囊中,分批运到肺部直到被完全利用,废气也得以被分批完全排出体外。

气囊除了有助于气体交换外,还具有散热的重要功能。恐龙的气囊遍布全身,可以直接从内脏吸收热量,然后通过呼气带出体外。骨骼中的气囊也有利于减重,气囊分担了骨骼的一部分承重任务,骨骼可以被简化为一系列中空的结构,并尽可能减少不必要的多余骨头。

高效的呼吸方式、高效的散热系统和轻巧的骨架结构,所有这些有利于飞行的特征,鸟类都是从恐龙身上继承来的。

恐龙其实有羽毛

鸟类的羽毛对飞行至关重要,几乎所有鸟类都长有羽毛,而现在,越来越多的发现颠覆了我们以往对恐龙的印象:大多数恐龙其实也都有羽毛。

几十年前,人们将恐龙长羽毛当作一件稀奇的事,每当挖掘到有羽毛的恐龙都会大肆报道一番,比如1861年发现的始祖鸟、1996年发现的中华龙鸟等。从名字也可以看出来,人们认为这些长有羽毛的动物与其说是恐龙,还不如说是鸟类,人们仍不敢相信恐龙也有羽毛。可现在,我们才知道,恐龙长羽毛并不是特例,而是普遍现象。比如鹦鹉嘴龙,它是一种有角的小恐龙,古生物学家们发现它的尾巴上生长着类似鹅毛一样的细丝;来自俄罗斯的库林达奔龙,它几乎被羽毛状结构覆盖;大型的肉食性恐龙羽王龙身上长有华丽的羽毛;等等。

这些飞得不好的家伙都浑身长满了羽毛,由此可以推测,也许所有恐龙或多或少都长有羽毛。最开始,恐龙将羽毛用于保存热量,这使得原本是变温动物的恐龙基本能保持体温恒定。随着时间的流逝,恐龙的羽毛开始分支形成各种新形状,变得更加华丽,它们的作用又多了一项——社交和求偶。还有研究发现,羽毛可能有更多作用,比如在奔跑时羽毛可以帮助保持平衡,提高奔跑速度;羽毛还有助于捕猎,手臂上长有羽毛的恐龙可能像现代猛禽一样——压制小猎物时通过挥舞羽毛迷惑猎物,增加抓握力。当然,羽毛到了鸟类身上,作用就变得更加丰富多样了。

“瘦身”成功才能上天

可是,即使恐龙拥有上述所有特征,这群动辄几十上百吨的“胖子”仍然无法飞上高空,“瘦身”势在必行!

事实上,为了上天,恐龙“瘦身”的疯狂程度一点儿都不逊色于爱美的人类。2014年,澳大利亚、英国和意大利等国的研究人员根据120种恐龙的1500多个解剖特征,构建复杂的数学模型分析了恐龙在进化过程中的体型变化。分析结果显示,兽脚类恐龙当中的一支,它们的体型一代一代地缩小,在如此“瘦身”5000万年后终于进化成了鸟类——2.1亿年前其平均体重为163千克,当进化到始祖鸟时已经降至0.8千克。

兽脚类恐龙又是如何成功“瘦身”的呢?研究者发现在兽脚类恐龙身上,发生了一个奇妙的进化过程——幼态延续。幼态延续指的是物种把幼年的、甚至胎儿期的特征,保留到幼年以后甚至成年期的现象。比如人类新生儿体毛稀疏、头大,大脑学习能力强,到了成年后,这些特征依旧保留,就是一种幼态延续现象。研究发现,兽脚类恐龙也发生了幼态延续,它们出生后,从幼年到成年,体形不怎么长大,甚至有些部位还会缩小。成长过程中,兽脚类恐龙的面部、骨骼在萎缩变小,腿骨也不断地变得纤细,但是眼睛、脑部却一直在发育。兽脚类恐龙正是借助这一过程,保留了童年时期的小体型,从而瘦身成功,创造了一个进化奇迹。

一些恐龙的身体逐渐变小,长得也越来越像鸟类:骨骼中空,身体轻盈;前肢更加灵活,能像鸟翼一样拍打;气囊遍布全身,既有利于呼吸也有利于散热;体表长出了美丽的羽毛,不再披着鳞片或鳞甲。为了更好地隐藏自己,全身覆羽的恐龙会将自己藏在树上。这些树栖的恐龙在树木之间跳跃、降落,久而久之,恐龙学会了如何使用它们长有羽毛的翅膀在空中停留更长时间——因此成为了鸟类。

恐龙及其直系亲属花了数百万年时间为飞行做好了各种准备:极简的骨骼架构、前卫的气囊结构、时尚的羽毛霓裳和疯狂的瘦身速度等,这一切最终造就了现今翱翔于天的鸟儿。

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