恐龍為何會體形巨大

林泉

說到恐龍，對于大多數人而言首先映入腦海的就是“巨大”。那么恐龍為何能擁有龐大的體形？為什么陸地哺乳動物從未達到這樣的尺度？是什么限制了動物無限生長？恐龍是如何突破體形極限的？恐龍如何支撐自己龐大的身軀？

是什么限制了動物無限生長

早在19世紀，英國古生物學家愛德華·柯普就注意到一個現象：一個物種的動物在進化過程中傾向于越變越大。這種現象后來被稱為柯普法則。從進化上講，個體越大，就越難以被捕食者侵犯，同時也更容易在尋找食物和配偶時打敗對手。但同時也會帶來一些劣勢：大型動物更容易滅絕，因為大型動物與小型動物相比，食量大、繁殖慢，所以在食物短缺的年代，滅絕的概率就更高。此外，大型動物還會產生其他一些問題。譬如，如何支撐龐大的體重？如何攝入足夠的食物和氧氣？如何防止身體過熱？一方面自然選擇鼓勵動物越長越大，但另一方面，它們最終要為此付出代價，這兩股力量相互制約，使得大多數陸生動物的體重一般不超過10噸。但不可思議的是，以上劣勢所帶來的挑戰全被蜥腳類恐龍克服了。

恐龍是如何突破體形極限的

環境因素

其實，恐龍這種巨型生物的誕生是多種因素共同作用的結果，當然，其中地球的環境因素占據很大一部分原因。首先，在恐龍家族生存的大部分時代，地球大氣層中的氧氣含量相對比較高。科學家認為，白堊紀時地球大氣層中的氧氣含量應該超過了30%，是現在大氣層中的含氧量的1.5倍。在那樣的富氧環境下，動植物生長得比較快，個頭也能長得很大。這在蚊子、蒼蠅、蜻蜓、蛾、蝴蝶等小型動物身上表現得更為明顯，以前它們的個頭是現在相同物種的2～3倍，有些甚至比現在的要大10倍以上。其次，那時候的氣候和生態環境較好，地球上動物的生存棲息地也比現在要大很多。那時候地球上的氣候都比較溫暖濕潤，植物生長茂密蔥蘢，充沛的降雨和光照條件讓植物可以長得很大。由于食物充足，動物沒有營養缺乏之虞，所以也能長得很大。

恐龍有高效的呼吸系統

蜥腳類恐龍擁有與鳥類相似的呼吸系統。鳥類的呼吸比起哺乳動物來更為高效，因為它們不僅有肺，還有氣囊。當它們吸氣的時候，空氣同時充滿了它們的肺部以及身體里的氣囊。在呼氣時，雖然肺部的氣體流出，但同時從氣囊流出的新鮮空氣又進入肺部（人類在呼氣時肺部是沒有新鮮空氣的），所以它們的肺部始終充滿了新鮮空氣。據計算，在一次呼吸中，鳥類肺部毛細血管能夠吸入的氧氣是同等肺活量哺乳動物的2.5倍。有證據表明，蜥腳類恐龍也擁有像鳥類一樣的氣囊。這種呼吸方式還可以通過很多途徑來幫助支撐一個龐大的形體。首先，它解決了如何獲得足夠氧氣的問題；其次，氣囊位于身體椎骨附近，就像松軟的海綿一樣，極大地減輕了椎骨所承受的壓力；再次，為了與這種呼吸方式相適應，蜥腳類恐龍的椎骨里還有許多中空的氣囊腔，這減輕了椎骨的重量；最后，這種呼吸方式還可以為通過氣喘來散熱提供方便，從而解決了散熱問題。

恐龍有獨特的消化方式

有一個隱藏的體形“天花板”在限制動物的增大，這就是消化方式。在有限的時間內能否吃得足夠多，是決定動物體形的一個重要因素。一頭大象需要每天花18個小時不停地吃，一天大約能吃掉200千克植物。大型蜥腳類恐龍一天大概需要吃1噸植物，它們如何能做到這一點呢？蜥腳類恐龍可以說突破了咀嚼的極限，因為它們吃東西根本就不咀嚼。蜥腳類恐龍沒有發達的咀嚼系統，也沒有胃磨（胃石加蠕動）系統，它們甚至可以把食物從消化道末端一直堆到脖子。蜥腳類恐龍的椎骨因中空而自重較輕，這讓它們的脖子長得更長。由此一來，它們上下左右的吃食范圍就更廣了。它們可以站著靜止不動，僅靠扭動脖子來完成吃食，這樣還可以減少能量損耗。而且在吃食時，它們并不咀嚼，而是用牙齒先把樹葉和樹枝采集下來，塞滿嘴巴，然后才一起吞咽下去。比起花時間咀嚼，這樣做讓它們每天能塞進肚子更多的食物。蜥腳類恐龍的消化系統里有一個“發酵罐”，這使得細菌有大量時間將塞進的植物的營養充分分解出來。

恐龍有別于哺乳動物的生育方式

另一個限制動物無限長大的“天花板”是哺乳動物的胎生系統。大型哺乳動物產仔是需要花費大量時間和精力的。一般而言，動物越大，它的胎兒也越大；胎兒在母體內孕育的時間越久，整個繁殖過程也會越長，而繁殖周期過長會導致它們快速走向滅絕。然而，恐龍卻完全避開了這個問題。體形大的恐龍不會生產大幼崽，而是產下相對較小的蛋。這種生產后代的方法有一個優勢：胎兒在母體外發育，解除了懷孕的負擔，從而消除了生長限制。我們知道，哺乳動物體形越大，它所生下的幼崽就越少，而且每次懷胎間隔就越長。然而因為卵生，大型恐龍卻可以持續不停地下一窩窩的蛋，因此擁有非常多的后代。大象要隔4年才生產一次，在同樣的時間里，一頭蜥腳類恐龍大概可以產幾百個蛋了。當蜥腳類恐龍體形增大的時候，它們的后代數量并沒有因此減少，這樣，蜥腳類恐龍就躲過了一般大型動物因繁殖慢而容易被滅絕的風險。萬一遇到危險，比起大型哺乳動物來，蜥腳類恐龍種群的數量也恢復得更快。

總而言之，蜥腳類恐龍是脊椎動物演化史上的一個異類，它們本身擁有的一系列有利于大型化的結構和生理特征造就了這個類群的大體形。蜥腳類恐龍擁有著非常強大的呼吸系統，它們可以獲得更多的氧氣；同時，特殊的進食方式讓它們不需要消耗太多的能量就可以獲得更多的食物。于是，吸入的氧氣充足，身體也沒有太多的消耗，一代代演化下去，自然也就身體越來越強壯，體形越來越龐大了。通過它們那獨一無二的生殖、身體和生活方式上的諸多優勢，蜥腳類恐龍終于克服了限制其他陸生動物生長的不利條件，成長為史無前例的巨無霸。

恐龍是如何支撐自己龐大身軀的

知曉了恐龍“大體格”的來歷之后，也許有人會問：作為地球有史以來體形最大的動物，蜥腳類恐龍是如何支撐自己龐大身軀的？蜥腳類恐龍之所以能夠支撐龐大的身軀，是因為它們的關節比現代陸地哺乳動物更柔韌。科學家認為，連接蜥腳類恐龍骨骼的軟骨層數超過現代哺乳動物，這讓它們的骨骼可以承受更多重量，進而長出巨大的身軀。蜥腳類恐龍的身軀為何會如此柔韌呢？這是因為有“骨小梁”的存在。那么，什么是骨小梁？它是骨皮質在松質骨內的延伸部分，在骨髓腔中呈不規則立體網狀結構，如絲瓜絡樣或海綿狀，起支持造血組織的作用。研究發現，伴隨著年齡的增長，骨小梁就會不斷被吸收掉，這個時候，骨骼也會變得越來越沉。民間有一種說法是“年齡越大、骨骼越重”，其實說的就是骨小梁和年齡之間的關系。而蜥腳類恐龍作為脊椎動物，自然它們也是擁有骨小梁的，但是，蜥腳類恐龍的骨小梁卻并不會隨著年齡的增長而被吸收，它們的骨小梁結構是非常特殊的—屬于一種非常輕的海綿狀物質。這種特殊性也導致蜥腳類恐龍的骨骼重量并不會隨著年齡的增長而發生變化，否則如果蜥腳類恐龍的年齡越大，它們的骨骼就會變得越沉重，蜥腳類恐龍很快就會沒有辦法移動行走了，自然它們也無法在地球上生存上億年的時光。