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令人毛骨悚然的霸王龙以冷血杀死猎物而闻名。但是这种古老的恐龙真的是冷血的外温动物吗?
爬行动物(外温动物)、鸟类(主要是内温动物,或温血动物)和恐龙之间强大的进化联系使得很难断定非鸟类恐龙是否也无法调节自身内部体温。
一种研究动物牙齿和骨骼中发现的矿物质中化学键的新方法,最终可能为解决这场争论提供途径。
研究人员发现,碳和氧的重同位素在生物版本的磷灰石矿物(磷灰石是活着的和已灭绝的动物的骨骼和牙齿的主要成分)中以不同的方式结合。这些稀有同位素更倾向于在低温下大量成团结合,“因此,如果你能足够准确地测量成团现象,你就可以计算出矿物沉淀时的温度,”加州理工学院地质与行星科学学部地球化学博士后研究员、新研究的主要作者罗伯特·伊格尔解释说,该研究于5月24日在线发表在美国国家科学院院刊上。“对于牙齿和骨骼来说,这将是生物体的体温。”
来自远古海洋
一种类似的检查古代石灰岩和贝壳的方法已经帮助研究人员通过观察碳酸钙中的键合结构来估算环境岩石温度。
“大多数人专注于利用这种方法来研究过去的 climate change 气候变化以及各种地质问题,如地壳的加热和冷却,”伊格尔说。但这种方法给了加州理工学院的地质学和地球化学教授、该研究的合著者约翰·艾勒一个想法,即同样的分析可能适用于化石牙齿或骨骼中残留的生物磷灰石。如果它奏效,这种方法“将测量已灭绝脊椎动物的体温,”伊格尔说。
伊格尔和他的同事们在各种现存和已灭绝的内温动物身上测试了这种方法,包括来自现代印度象(Elephas maximus indicus)的牙齿、来自现代白犀牛(Ceratotherium simum)的牙齿、来自已灭绝的晚更新世猛犸象(Mammuthus primigenius)的牙齿,以及来自已灭绝的中新世犀牛科物种的牙釉质。他们的分析证明,对于现代动物来说,精确度在1到2摄氏度之间,因此对于大约1200万年前死亡的动物,如中新世犀牛科动物,也提供了高度精确的近似值。
未知起源
弄清楚霸王龙是否是外温动物不仅能满足好奇心,还能揭示动物体内温度调节的出现,正如新研究的作者所指出的那样,这是“它们生物学中最基本的方面之一”。目前,温血的出现“是在向哺乳动物和鸟类进化的过程中,在一个未知阶段发生的重大生理变化。”
作为研究的一部分,该小组还测试了来自现代尼罗鳄(Crocodylus niloticus)的牙齿、来自现代美洲短吻鳄(Alligator mississippienis)的牙齿,以及来自已灭绝的中新世短吻鳄物种的牙釉质。将已灭绝的中新世内温动物与来自佛罗里达州同一地点的外温动物进行比较,发现有6摄氏度的差异,揭示了“哺乳动物和外温动物之间可测量的差异,”伊格尔指出——这种差异可能被用来比较一起发现的更古老的物种。
该团队尚未弄清楚他们可以使用生物磷灰石评估来确定体温的最远年代。这项新研究检查了早至1200万年前的材料,但要解析恐龙的温度调节模式,需要追溯到数千万甚至数亿年前,“所以这将是一个新的前沿领域,”伊格尔说。
揭示古代气候
就像启发艾勒转向脊椎动物测量的碳酸钙环境温度测试方法一样,生物磷灰石也可以帮助研究人员了解环境温度。外温动物,因为它们的内部温度反映了周围环境的温度,可以作为过去温度的活体量规和记录。
其他对古代气候的估计是基于植物化石、岩芯样本和复杂的重建模型,但正如伊格尔指出的那样,“所有这些在某种程度上都是不确定的,因为它们受到温度以外因素的影响,这些因素尤其在遥远的过去很难控制。”他们对生物磷灰石的测量“似乎仅仅是温度的函数,”他说,这是“一个很大的优势”。
然而,这种方法并非万无一失:在现代外温物种中,已知体温每天可能变化8到12摄氏度,一年中变化约20摄氏度。因此,从这些动物身上获得的测量结果“似乎记录的或多或少是平均温度,”伊格尔说。他还假设,体型较大的外温动物,如大型恐龙,可能仅仅通过在其较大的身体中保持热量来维持较高的体温,因此未来的研究可能必须考虑到这个变量。
与此同时,该小组希望揭示更多关于恐龙究竟有多么冷血的惊人消息。