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
鳥類恐龍——又名鳥類——有一種簡化的呼吸方式。 與其他一些動物將空氣吸入和撥出肺部的小氣囊不同,它們的呼吸以單一方向流經一系列管道。 一項新的研究表明,鳥類並非唯一具有這種適應性的動物:鱷魚也依賴於這種單向吸入/撥出,這表明這種呼吸形式在進化時間上出現得比之前認為的要早得多。
這些發現於1月14日在Science雜誌線上發表,表明這種呼吸方法可能在2.46億多年前的三疊紀時期出現,早於產生鱷魚和鳥類的譜系分裂——而不是在後來的鳥類親屬中出現。
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“我們的資料提供了證據,表明單向氣流早於翼龍、恐龍和鳥類的起源,並且在鱷魚和鳥類譜系的共同祖先中進化出來,”猶他大學鹽湖城分校生物學助理教授兼首席研究員科琳·法默在一份準備好的宣告中說。 (鳥類和鱷魚的確切共同祖先,一種主龍,仍然未知,但法默推測它可能是一種“體型小、相對敏捷、以昆蟲為食的動物”。)
今天,擁有這種單向氣流有助於鳥類翱翔到法默所說的“會讓哺乳動物昏迷”的高度。 但是,這個小小的呼吸技巧是否有可能幫助鳥類的不會飛行的祖先和古代鱷魚比其他動物更長久地生存下來?
法默說:“在鱷魚身上發現這種氣流的真正重要性在於,它可能解釋了二疊紀和三疊紀之間的動物群更替。”
法默說:“許多主龍,例如翼龍,顯然能夠在相對缺氧的大氣中維持劇烈的運動”。 那時,地球炎熱乾燥,大氣中氧氣含量約為 12%(而目前的水平為 21%),單向氣流可能意味著在這種惡劣環境中更高的氧氣攝取效率。“肺部設計可能在這種能力中發揮了關鍵作用,因為肺部是將氧氣從大氣輸送到動物組織的第一步。”
研究人員透過鳥類和鱷魚肺部之間的一些解剖學相似之處發現了這種深層聯絡。 鱷目(包括今天的鱷魚和短吻鱷)的現存成員長期以來一直是進化研究的有用參考,因為它們在數百萬年的時間裡幾乎沒有變化。 為了證實呼吸懷疑,法默和她的同事肯特·桑德斯(來自猶他大學健康科學中心)檢查了活體(雖然鎮靜)和死亡(捐贈)鱷魚的肺部氣流。 他們還取出了一些肺,並用含有小熒光珠的鹽水填充它們,以更好地瞭解液體如何在肺部內部移動。 透過檢查所有這些肺部的液體流動,法默和桑德斯得出結論,物質正在“以驚人的鳥類模式”移動。
之前的研究表明恐龍像鳥類一樣呼吸,但這些新發現似乎表明,即使在恐龍出現之前,早期主龍的肺部也沒有等待呼氣。
美國短吻鱷CT掃描影像,由C. G. Farmer提供