本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點
超龍、巴塔哥泰坦龍、波塞東龍。這個名單可以列上好幾頁。這些是地球上曾經存在過的最大的動物,巨大的蜥腳類恐龍,與之前或之後進化出的任何動物都不同。但是,儘管我們欽佩它們,但對於這些龐然大物,我們仍然有很多不瞭解的地方——例如,那些突破生物學可能性的動物的能量需求。
對於一個物種來說,蜥腳類恐龍是食草動物。到目前為止,一切都很好。古植物學提供了這些恐龍在不同時間和地點漫遊時可能食用的選單列表。我們也瞭解一些關於草食效能量學的基礎知識。小型蜥腳類恐龍——想想像幼年樑龍這樣的動物——需要穩定的高質量、營養豐富的食物,而成年蜥腳類恐龍和最巨大的物種則可以靠數量更多但質量較低的食物生存。從我們這個時代的例子來看,這就是為什麼小型靈長類動物以水果和昆蟲為食,而大猩猩則可以啃食種類更廣泛的相對能量較低的食物。
但是,當你處理的是已經死亡超過 6600 萬年的動物時,很難超越基本的模式和原則。確定一隻特定的蜥腳類恐龍一天會吃多少東西,這種飲食提供什麼營養,以及有多少蜥腳類恐龍能夠在同一地點共存,這些都是難以解決的緊迫問題。換句話說,這是一個關於恐龍生態學的問題,我們超越瞭解剖學,去了解這些動物如何與它們的世界互動。為了更好地理解化石記錄的這一方面,地質學家Fiona Gill 及其同事研究了蜥腳類恐龍在中生代時期可能食用的食物的營養價值。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們今天世界的發現和想法的具有影響力的故事。
蜥腳類恐龍並沒有因為某種命運或進化慣性而達到如此巨大的體型。它們的生長是由它們吃的植物推動的,而且它們一定消耗了驚人的數量。而且,鑑於我們對三疊紀、侏羅紀和白堊紀的瞭解,中生代似乎有利於提高植物生產力。中生代期間全球氣溫普遍較高,而且,雖然水平隨時間波動,但大氣中二氧化碳的含量——植物必需的食物——有時甚至遠高於我們現代的升高水平。這些因素可能提高了生態學家所說的淨初級生產力——簡而言之,生態系統以植物生物量的形式捕獲碳的速率。
如果中生代真的是植物生長的特殊時期,那麼,蜥腳類恐龍將有充足的生物燃料,可以在其解剖結構和生理機能允許的範圍內擴充套件到前所未有的尺寸。問題是植物生產力不僅僅取決於溫度和二氧化碳的可用性。一些專家對剛才提出的情景提出了異議,他們補充說,即使中生代的植物總體生長量更高,也並不一定意味著可供恐龍食用的食物質量很高。像針葉樹和蕨類植物這樣的非被子植物可能沒有提供足夠的營養價值,或者在高溫度、高二氧化碳條件下生長的植物可能缺乏足夠的氮。
因此,為了驗證這個想法,Gill 及其同事著手在實驗室中建立了一個小小的中生代切片,在中生代不同時期的二氧化碳濃度下種植蕨類植物、馬尾草和銀杏等植物。然後對這些植物進行製備和分析,以評估其營養價值。結果表明,中生代典型的高大氣二氧化碳水平並沒有降低恐龍可獲得的食物的質量。植物組織中的氮含量並沒有全面下降——似乎因物種而異——而且模擬中生代植物的可用代謝能量本質上並不低。
為了弄清楚這對恐龍意味著什麼,Gill 及其同事估計了一隻大型蜥腳類恐龍的每日需求量。研究人員設想了一隻假設的 30 噸蜥腳類恐龍——想想像迷惑龍這樣的動物——並根據他們實驗植物的營養質量,估算了這種動物的每日攝入量。例如,如果智利南洋杉在百萬分之 2000 的大氣二氧化碳濃度下生長,那麼這隻恐龍每天需要吃掉約 242 磅的智利南洋杉樹葉,而同樣的蜥腳類恐龍每天只需要吃掉約 112 磅在百萬分之 1200 的大氣二氧化碳濃度下生長的馬尾草,就能獲得相同的營養量。
自然,其中存在變異性——例如,一隻特定的蜥腳類恐龍主要是吃高處的植物還是吸食低矮的植物——但總的來說,大氣中二氧化碳水平升高並沒有導致這些恐龍的食物選擇變差。根據 Gill 及其同事的估計,像侏羅紀晚期莫里遜組那樣的富含蜥腳類恐龍的生態系統可能是由相對較高濃度的大氣二氧化碳造成的,至少部分是這樣。即使這些估計肯定會被修改,我還是喜歡這種方法。恐龍並沒有與周圍的世界隔絕。它們是世界的一部分。像這樣的研究為這些可怕蜥蜴的史詩故事增添了更多背景。
