目前,人类已知的恐龙种类超过一千种,遍布地球的每片大陆。在陆地上,恐龙是当之无愧的霸主。那么在江海湖泊中,恐龙又扮演了怎样的角色呢?
在恐龙时代,海洋里确实有不少名字带“龙”的古生物,比如蛇颈龙和鱼龙,但它们并不真正属于恐龙家族。科学家们一直未能找到恐龙留在水生环境中的化石遗迹,有些甚至认为恐龙作为变温动物无法长期生存于水中。
那么,恐龙究竟是不是旱鸭子?还是说,它们也会在水中生活,只是没有留下遗迹证据?对此,科学家们也是一头雾水。
直到2020年4月,古生物学家尼扎尔·易卜拉欣(Nizar Ibrahim)团队发表在《自然》的研究,提供了最关键的化石证据。作为“棘龙专业户”的他们,找到了一条棘龙的侧扁的大尾巴,并联合哈佛大学模拟测算出:这条尾巴能产生巨大推进力——说明棘龙可以在水中生活。这一新发现终于证明了世界上真的存在水生恐龙[1]。
棘龙外貌复原图 | Wikimedia Commons,Mario Lanzas / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
耽搁棘龙发掘的…是二战?
非洲北部的沙漠里,不仅尘封着数千年前的法老亡灵,还埋藏数千万年前的恐龙化石,等待幸运的探险家将其唤醒。
1912年,德国古生物学家恩斯特·斯特莫(Ernst Stromer)在埃及发现了巨大的肉食恐龙骨骸,包括一人多高的背椎、巴掌大的锥状牙齿,还有超过一米长的下巴。斯特莫根据背椎上高高的神经棘(脊椎骨骼向背侧凸出的细长部分),将其命名为“埃及棘龙”(Spinosaurus aegyptiacus)。
神经棘是脊椎骨向背侧突出的细长部分,在人身上也被称为棘突,可以用手摸到 |
Wikimedia Commons,Henry Vandyke Carter / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)
这批棘龙化石存放在慕尼黑古生物博物馆,不幸的是,它们统统毁于1944年的二战炮火。从此以后,埃及的巨大肉食恐龙成为了传说,人们只能从斯特莫的文字中揣测棘龙的模样[2]。直到1995年,斯特莫的孙子捐出爷爷的素描手稿,上面精细地画着每一块棘龙化石碎片。古生物学家们这才想起继续研究棘龙,开始疯狂找寻化石。
经过多年探寻,人们发现摩洛哥的卡玛卡玛地层(Kem Kem beds)出产棘龙化石最多。米兰自然历史博物馆的古生物学家沙索(Cristiano Dal Sasso)就在这里收获了棘龙头骨的前半部分——将近一米长的上颌骨残段[3]。沙索由此推测,棘龙的完整头骨很可能超过两米,体长甚至能有20米,是霸王龙的两倍!因此,棘龙获得了“世界上最大肉食恐龙”的威名。
最大的肉食恐龙排名:棘龙、鲨齿龙、南方巨兽龙、霸王龙 | Wikimedia Commons,Matt Martyniuk / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)
随着化石残骸不断地出土,棘龙在科学家们脑海中的形象越来越清晰,但是大家心中的问号却越来越大。这是因为,棘龙的样貌和它的食肉类近亲相比实在是太奇怪了。
叛逆的长相是为了…捕鱼?
肉食恐龙都属于兽脚类恐龙家族,大部分成员像是一个模子刻出来的:两足行走,仰着大脑袋和血盆大口,举着一对小短手,发达的后肢强劲有力,一条圆木般的粗尾巴保持平衡。
粗壮的大腿是肉食恐龙的典型特征之一 | Wikimedia Commons,Marcin Polak / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)
棘龙也是兽脚类恐龙,但是长得十分叛逆:棘龙的头型出乎意料的长,有很长的吻部,很像鳄鱼;背上立着一个巨大的背帆,人们却不清楚它的用处;最奇怪的是,一般兽脚类恐龙后肢粗壮,前肢短小,而棘龙却长着小短腿,提着镰刀般的爪子。柔弱的小腿总让人担心,它能否支撑这个举世最大食肉恐龙的体重。
由此,古生物学家们产生了一个大胆的想法:棘龙或许是一种吃鱼的水生动物?如此一来,大长嘴和小短腿就合情合理了——修长的吻部有利于减小水下捕猎的阻力,短小的四肢和扁扁的指节骨则有利于划水[4]。
除此之外还有别的证据吗?
古生物学家的脑洞一旦打开,就一发不可收拾。这个疑似水生动物的每一个解剖细节,都被仔细考量:棘龙的鼻孔和眼睛靠近头顶,更方便浮出水面呼吸和观察水上情况,与鳄鱼和河马类似[5];它锥形的牙齿还带有纵纹,和鳄鱼、蛇颈龙的牙很像,适合捕鱼;CT设备透视内部结构发现,棘龙嘴巴最前端的小孔甚至有对水波的感受器[6];如果把棘龙的骨骼切开,能发现骨骼中的髓腔很小[4,7],这种密实而笨重的骨骼能抵消水中的浮力,蛇颈龙、海牛也有这样的特点;研究者们甚至把牙齿和骨骼磨碎溶解,分析出其中的元素成分也更接近水生动物[8]。
棘龙牙齿化石特写 | Wikimedia Commons,Ghedoghedo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
尽管古生物学家们使出了浑身解数,还是有很多人怀疑棘龙不是水生恐龙。毕竟,在已知的一千多种恐龙中,没有一种被证实可以生活在水中。“棘龙是水生动物”,这样的想法太离经叛道了。
有些人质疑新发现的那些化石碎片并不属于棘龙,也有的认为棘龙可能只是像棕熊一样在河边摸鱼,不一定会在水下生活。
下定科学结论极其困难,要经得起全世界科学家的挑战与验证。那么,到底有没有棘龙是水生恐龙的直接证据呢?
棘龙会游泳的实锤…看尾巴?
说来奇怪,过去的一百多年,我们发现了棘龙的头骨、大部分脊椎和四肢,拼凑出了大半个棘龙骨架,却唯独没有发现连续的尾椎,所以不知道棘龙的尾巴长什么样,有些学者干脆给它安上了和其他兽脚类一样的圆木粗尾巴。
人们过去凭想象制作的棘龙骨架模型,尾巴形态并不正确 | Wikimedia Commons,Mariomassone / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)
如今,依然在北非,依然在摩洛哥的卡玛卡玛地层,一条几乎完整的棘龙尾巴化石给尼扎尔·易卜拉欣带来了惊喜。
为了找到他最爱的棘龙化石,尼扎尔·易卜拉欣已经在这个地点发掘了多年。但这一次,在往年发掘化石的洞穴里,30多枚连续的尾椎显现了出来,上面长着高高的神经棘。尾椎前部的神经棘有椎体的3倍高,后部神经棘的长度更是达到了椎体的7倍,看起来就像节鱼类的尾椎,背面立着高高的“刺”。尾巴的腹面还有细长的脉弓,共同塑造出了一条如船桨般侧扁的大尾巴(脉弓是脊椎骨向腹部凸出的部分,与神经棘相似,只是朝向不同)。
此次发现的棘龙尾巴化石,椎骨上长着高高的“刺” | 参考文献[1]
哈佛大学的实验团队专门为这条尾巴做了一个机器模型,放到水槽中让它摆动,测算棘龙尾巴能产生的推进力,并与其他肉食恐龙做了比较。实验发现,棘龙尾部能产生的推进力比其他兽脚类都要大,是腔骨龙的八倍,只比水生能力更强的鳄鱼、蝾螈略小一点。
本次研究利用计算机复原的棘龙外貌 | 参考文献[1]
得益于这条大尾巴,棘龙的游泳效率非常高。如果在水里举办恐龙游泳比赛,棘龙游泳速度能甩其他兽脚类恐龙好几条街。尾巴,这块棘龙骨架上的最后一块拼图,成为了史上第一种水生恐龙的铁证。
科学家们此前细致的解剖比较,先进的CT扫描,精妙的化学分析,绞尽脑汁的百般求索,都难以断定棘龙的水生习性,现在却被一条尾巴化石断了案。这一发现看似偶然,背后则是古生物学家数十年如一日的坚持。
棘龙尾巴化石的主要发现者易卜拉欣从小痴迷恐龙,他和研究团队已经在撒哈拉沙漠挖掘了许多年。从史前巨鳄到大型腔棘鱼,从陆地暴君鲨齿龙到河中巨怪棘龙,他们收获颇丰,而新的发现仍将继续[9]。正如探险家罗伊·查普曼·安德鲁斯(Roy Chapman Andrews)所言:“总有一些角落值得探险,而这个世界充满了角落。
作者名片
作者:王维
编辑:Kamin 范可鑫
排版:雷颖
参考文献:
[1] Ibrahim, N., et al. Tail-propelled aquatic locomotion in a theropod dinosaur. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2190-3
[2] Stromer, E. Ergebnisse der Forschungsreisen Prof. E. Stromers in den Wüsten Ägyptens. II. Wirbeltier-Reste der Baharîje -Stufe (unterstes Cenoman). 3. Das Original des Theropoden Spinosaurus aegyptiacus nov. gen., nov. spec. Abh. Kgl. Bayer. Akad. Wiss. Math. Phys. Kl. München 28, 1–28 (1915).
[3] Dal Sasso, C., et al., New information on the skull of the enigmatic theropod Spinosaurus, with remarks on its sizes and affinities. Journal of Vertebrate Paleontology. 25 (4): 888–896 (2005).
[4] Ibrahim, N. et al. Semiaquatic adaptations in a giant predatory dinosaur. Science 345, 1613–1616 (2014).
[5] Arden, T. M. S., et al. Aquatic adaptation in the skull of carnivorous dinosaurs (Theropoda: Spinosauridae) and the evolution of aquatic habits in Spinosaurus. Cretac. Res. 93, 275–284 (2019).
[6] Dal Sasso, C. et al. A neurovascular cavity within the snout of the predatory dinosaur Spinosaurus. Muséum national d'Histoire naturelle (2009).
[7] Aureliano, T. et al. Semi-aquatic adaptations in a spinosaur from the Lower Cretaceous of Brazil. Cretac. Res. 90, 283–295 (2018).
[8] Amiot R., et al. Oxygen isotope evidence for semi-aquatic habits among spinosaurid theropods. Geology. 38 (2): 139–142 (2010).
[9]https://www.ted.com/talks/nizar_ibrahim_how_we_unearthed_the_spinosaurus/transcript?language=zh-cn
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