自由科学家兼艺术家,以及将于 11 月出版的《大众科学恐龙书》的编辑格雷戈里·S·保罗提供了以下解释:
图片:《大众科学恐龙书》 霸王龙是一种巨大的食肉动物,但食肉哺乳动物从未达到如此大的体型。 |
巨型体型适用于体重超过 1 吨的动物。今天的陆地巨人包括大象(体重达 5 到 10 吨)、犀牛、河马和长颈鹿。然而,这些生物仅占中生代和新生代(我们仍处于新生代)存在的陆地巨人的一小部分。事实上,自侏罗纪早期(超过 2 亿年前)以来,巨型体型一直是陆地动物的常见特征。最早真正的陆地巨人是小头、长颈的蜥脚类恐龙,它们出现在那个时期的早期。很快,一些食肉恐龙的体重超过了 1 吨。到侏罗纪末期,许多蜥脚类恐龙的体重达到 10 到 20 吨,一些重达 50 吨,少数可能超过 100 吨和 150 英尺长,与现代最大的鲸鱼相媲美。一些兽脚类恐龙接近 5 吨,而尾巴带刺的剑龙,重达 2 到 3 吨,也是巨人。在白垩纪时期,剑龙消失了,但蜥脚类恐龙继续繁荣,成为 10 到 100 吨的庞然大物。在那段时间里,许多植食性鸟臀目恐龙——锤尾甲龙、角龙类以及鸭嘴龙类禽龙和鸭龙——的体重也达到了 2 到 8 吨,一些兽脚类恐龙也是如此,包括霸王龙。恐龙在 6500 万年前灭绝,鸟类除外,许多科学家认为鸟类是活着的恐龙。
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关于哺乳动物的巨型体型,在新生代中期之前,一些草食动物的体重超过了 1 吨。数百万年后,巨型猛犸象和被称为巨犀的犀牛达到了 10-20 吨。没有真正的食肉陆地哺乳动物的体重超过 1 吨。
动物为什么会变得巨大?有些原因很简单。动物越大,就越能免受捕食者的侵害,也越能更好地捕杀猎物。羚羊很容易成为狮子、鬣狗和猎狗的猎物,但成年大象和犀牛几乎免疫——它们的幼崽也受益于它们巨大父母的保护。对于草食动物来说,变得巨大意味着更高,因此能够获得更高的树叶。长颈鹿和大象可以够到 18 英尺以上的高度,而大象可以利用它们巨大的身躯推倒更高的树木。
其他变得巨大的原因不太明显,但也很重要。运动成本随着体型的增加而降低,因此一头五吨重的大象行走一英里的成本远低于一群五吨重的瞪羚移动相同的距离。代谢率也随着体型的增加而降低。因此,鼩鼱每天必须疯狂地吃掉超过自身体重的食物。另一方面,大象只需要摄入自身体重 5% 的食物。而且,大型草食动物拥有较长的消化系统,使它们能够处理和消化更坚韧的植物,而小型草食动物只能靠更高质量的食物生存。此外,随着体型的增加,巨大的身躯充当了一种质量绝缘层。因此,大型动物受极端温度的影响较小。
但体型巨大也有缺点。由于大型动物吃得更多,因此它们的数量不可能很多。在人类捕猎之前,非洲的大象和犀牛数量在数百万只的低位。相比之下,啮齿动物的数量数不胜数。巨人也无法做很多较小生物可以做的事情,例如钻入地下、爬树或飞行。
在陆地上,只有恐龙和哺乳动物变得巨大;爬行动物从未做到这一点(最大的陆龟和蜥蜴也只有一吨重)。原因之一可能是生长速度。陆地爬行动物无法快速生长。鳄鱼需要很多年才能长到 100 磅,而鸵鸟在不到一年的时间内就能做到。这可能与代谢率有关。只有那些代谢率高的动物才能快速生长,因此只有它们才能在合理的时间内生长得足够快以变得巨大。大象在短短三十年内就能达到 10 吨。爬行动物要做到这一点需要一个多世纪。然而,动物几乎总是会在 50 到 60 岁左右死亡,原因是捕食者、疾病或意外。恐龙骨骼显示,它们的骨骼形成速度很快,就像鸟类和哺乳动物的骨骼一样,而不是像爬行动物那样缓慢。因此,恐龙变得巨大可能是因为它们可以生长得足够快以做到这一点。蜥脚类恐龙的骨骼表明,它们在成熟后生长速度急剧减慢。但较大的个体在死亡时可能仍在增加体重,就像公象通常一生都在持续生长一样。
为什么蜥脚类恐龙是唯一体重超过 20 吨的陆地动物?哺乳动物进行胎生并哺乳幼崽。大象每隔几年才能产下一头大型幼崽,然后它们必须花费数年时间哺乳和抚养幼崽,直到幼崽能够独立生存。需要大量成年大象来抚养幼崽。在一定数量的食物生产支持如此多的成年动物的情况下,这限制了成年动物的体型。另一方面,蜥脚类恐龙每年产下数十枚卵,幼年恐龙可以独立生存。少量成年恐龙可以产下足够的卵来维持庞大的人口。因此,成年蜥脚类恐龙可能比繁殖速度缓慢的哺乳动物大得多。
人们普遍认为,巨人居住在海洋中比居住在陆地上更合乎逻辑,因为在海洋中它们会被水浮起,而在陆地上,重力是一种必须不断抵抗的力量。然而,蜥脚类恐龙是地球历史上最成功的巨人,它们生存了 1.5 亿年——100 吨重的蜥脚类恐龙本身就持续了 8000 万年。相比之下,巨型鲸鱼在海洋中游弋只有 4000 万年,而且只有蓝鲸达到了 100 吨。