本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
超龙、巴塔哥泰坦龙、波塞东龙。这个名单可以列上好几页。这些是地球上曾经存在过的最大的动物,巨大的蜥脚类恐龙,与之前或之后进化出的任何动物都不同。但是,尽管我们钦佩它们,但对于这些庞然大物,我们仍然有很多不了解的地方——例如,那些突破生物学可能性的动物的能量需求。
对于一个物种来说,蜥脚类恐龙是食草动物。到目前为止,一切都很好。古植物学提供了这些恐龙在不同时间和地点漫游时可能食用的菜单列表。我们也了解一些关于草食性能量学的基础知识。小型蜥脚类恐龙——想想像幼年梁龙这样的动物——需要稳定的高质量、营养丰富的食物,而成年蜥脚类恐龙和最巨大的物种则可以靠数量更多但质量较低的食物生存。从我们这个时代的例子来看,这就是为什么小型灵长类动物以水果和昆虫为食,而大猩猩则可以啃食种类更广泛的相对能量较低的食物。
但是,当你处理的是已经死亡超过 6600 万年的动物时,很难超越基本的模式和原则。确定一只特定的蜥脚类恐龙一天会吃多少东西,这种饮食提供什么营养,以及有多少蜥脚类恐龙能够在同一地点共存,这些都是难以解决的紧迫问题。换句话说,这是一个关于恐龙生态学的问题,我们超越了解剖学,去了解这些动物如何与它们的世界互动。为了更好地理解化石记录的这一方面,地质学家Fiona Gill 及其同事研究了蜥脚类恐龙在中生代时期可能食用的食物的营养价值。
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蜥脚类恐龙并没有因为某种命运或进化惯性而达到如此巨大的体型。它们的生长是由它们吃的植物推动的,而且它们一定消耗了惊人的数量。而且,鉴于我们对三叠纪、侏罗纪和白垩纪的了解,中生代似乎有利于提高植物生产力。中生代期间全球气温普遍较高,而且,虽然水平随时间波动,但大气中二氧化碳的含量——植物必需的食物——有时甚至远高于我们现代的升高水平。这些因素可能提高了生态学家所说的净初级生产力——简而言之,生态系统以植物生物量的形式捕获碳的速率。
如果中生代真的是植物生长的特殊时期,那么,蜥脚类恐龙将有充足的生物燃料,可以在其解剖结构和生理机能允许的范围内扩展到前所未有的尺寸。问题是植物生产力不仅仅取决于温度和二氧化碳的可用性。一些专家对刚才提出的情景提出了异议,他们补充说,即使中生代的植物总体生长量更高,也并不一定意味着可供恐龙食用的食物质量很高。像针叶树和蕨类植物这样的非被子植物可能没有提供足够的营养价值,或者在高温度、高二氧化碳条件下生长的植物可能缺乏足够的氮。
因此,为了验证这个想法,Gill 及其同事着手在实验室中创建了一个小小的中生代切片,在中生代不同时期的二氧化碳浓度下种植蕨类植物、马尾草和银杏等植物。然后对这些植物进行制备和分析,以评估其营养价值。结果表明,中生代典型的高大气二氧化碳水平并没有降低恐龙可获得的食物的质量。植物组织中的氮含量并没有全面下降——似乎因物种而异——而且模拟中生代植物的可用代谢能量本质上并不低。
为了弄清楚这对恐龙意味着什么,Gill 及其同事估计了一只大型蜥脚类恐龙的每日需求量。研究人员设想了一只假设的 30 吨蜥脚类恐龙——想想像迷惑龙这样的动物——并根据他们实验植物的营养质量,估算了这种动物的每日摄入量。例如,如果智利南洋杉在百万分之 2000 的大气二氧化碳浓度下生长,那么这只恐龙每天需要吃掉约 242 磅的智利南洋杉树叶,而同样的蜥脚类恐龙每天只需要吃掉约 112 磅在百万分之 1200 的大气二氧化碳浓度下生长的马尾草,就能获得相同的营养量。
自然,其中存在变异性——例如,一只特定的蜥脚类恐龙主要是吃高处的植物还是吸食低矮的植物——但总的来说,大气中二氧化碳水平升高并没有导致这些恐龙的食物选择变差。根据 Gill 及其同事的估计,像侏罗纪晚期莫里逊组那样的富含蜥脚类恐龙的生态系统可能是由相对较高浓度的大气二氧化碳造成的,至少部分是这样。即使这些估计肯定会被修改,我还是喜欢这种方法。恐龙并没有与周围的世界隔绝。它们是世界的一部分。像这样的研究为这些可怕蜥蜴的史诗故事增添了更多背景。