地球上有多少霸王龍

唐鳳

白堊紀時期，有多少霸王龍在北美游蕩？這是困擾查爾斯·馬歇爾多年的問題，直到他和學生找到了答案——大約有2萬頭成年霸王龍生活在同一個時間點。

美國加州大學古生物博物館館長、加州大學伯克利分校綜合生物學和地球與行星科學教授馬歇爾說，這意味著，在250萬年里，約有25億只霸王龍曾經生活在地球上。“我認為該結果有高準確度，但精確度低。我們努力確保所有輸入變量的真實性，我認為在這方面做得很成功。”他說。

不可能的計算

傳統意義上的恐龍大約出現在三疊紀中期，至侏羅紀和白堊紀時期非常繁榮，但到白堊紀末期突然全部消失。它們在地球上繁衍了1.6億～1.7億年。

此前，還沒有人能夠計算出早已滅絕動物的數量。20世紀最有影響的古生物學家之一喬治·蓋洛德·辛普森認為這是不可能的。

“他那時能獲取的信息比我們現在要少得多。當時人們無法估計化石動物在死亡時的種群數量和年齡，而我們現在能夠獲得這些數據，并得出恐龍生長和存活曲線。”馬歇爾說，“我們也有氣候模型，可以預測恐龍生活在哪里。我們還有非常多的化石。”

實際上，他也驚訝于這樣的計算是可能的。

為什么要數恐龍呢？好奇絕對不是唯一的原因。

“因為我們對恐龍著迷，想看看對過去到底了解多少。而且，這還將幫助我們估計物種是如何在化石記錄中消失的。”馬歇爾說。

這個項目剛開始時，可能只是“靈光一閃”。

“我拿著一塊化石，不禁感嘆，這種動物生活在千百萬年前，而我現在拿著它的一塊骨頭——這似乎令人難以置信。一個念頭撞進了我的腦子，‘這概率是多少，千分之一、百萬分之一，甚至十億分之一嗎？’”馬歇爾說，“然后我意識到，也許可以估計那時恐龍的豐度怎樣。”

從不確定中尋找確定

實際上，馬歇爾團隊的估計結果面臨極大的不確定性。

“正如辛普森觀察到的，很難用化石記錄做定量估計。”馬歇爾說，“我們專注于為需要進行計算的變量設置有效的約束條件，而不是作出最佳估計。”

隨后，馬歇爾團隊使用蒙特卡羅計算機模擬，測量了數據中的不確定性如何轉化為結果中的不確定性。

研究人員表示，這些數字中最大的不確定性集中在恐龍的確切性質上，包括霸王龍的血有多溫熱。他們主要依據加州大學圣塔芭芭拉分校約翰·達茅斯發表的數據——將活體動物的體重與種群密度聯系起來，這一關系被稱為“達茅斯定律”。

達茅斯也承認，雖然這種關聯很緊密，但是生態差異會導致具有相同生理和生態位的動物的種群密度有巨大變化。例如，美洲虎和鬣狗的體形差不多，但鬣狗的密度是美洲虎的50倍。

于是，馬歇爾選擇將霸王龍視為一種能量需求介于獅子和地球上最大蜥蜴科莫多龍之間的食肉動物。同時，馬歇爾團隊忽略了幼年霸王龍——它們在化石記錄中占比不足，而且可能與成年霸王龍分開生活，追逐不同的獵物。研究人員認為，當進入成熟期后，霸王龍的下頜會強大一個數量級，并能夠咬碎骨頭。這表明它們在幼年和成年時期吃的是不同食物，因此幾乎是不同的捕食者。

這種可能性得到了美國新墨西哥大學進化生物學家費莉西亞·史密斯的一項最新研究的支持。該研究假設，在白堊紀晚期，中型食肉恐龍并不多，這是因為大型食肉恐龍的幼崽、亞成體都盤踞在這些生態位。

研究人員估計，霸王龍性成熟的可能年齡為15.5歲，最長壽命可能是20多歲，成年后的平均體重（所謂的生態體重）約為5200千克。他們還使用了霸王龍成長速度的數據：在性成熟前后有一個快速成長階段，可以長到大約7000千克重。根據這些估計，科學家計算出，每一代霸王龍持續約19年，平均種群密度為每100平方千米有1只霸王龍。

然后，他們估計霸王龍的總地理范圍約為230萬平方千米，而且存活了大約250萬年，“常住民”規模為2萬。它們一共生活了大約12.7萬代，也就是總共有25億個體。

骨頭去哪兒了

歷史上有如此多的霸王龍，更不用說幼年個體的數量可能更多，那么，它們的骨頭都去哪兒了？到目前為止，古生物學家只發現了不到100只霸王龍，其中很多都只有一塊骨頭化石。

“如今，公共博物館里大約有32只保存相對完好的成年霸王龍。”馬歇爾說，“其在所有霸王龍成年個體中占的比例，約為八千萬分之一。”

“如果我們將化石回收率分析限制在霸王龍化石最常見的地方，即美國蒙大拿州黑爾克里克地層的部分區域，估計已經發現了大約1/16000的霸王龍。”他補充道，“我們對這個數字感到驚訝，這個化石記錄比我最初猜測的要更具代表性。但這種動物的種群密度存在不確定性，這一比例可能高達千分之一，也可能低至二十五萬分之一。”

馬歇爾預計同行會對大部分數字吹毛求疵，但他相信估算滅絕物種數量的計算框架是可行的，并且對估算其他化石生物的數量也有用。

“在某種程度上，這是一項古生物學研究，研究我們能知道多少，以及如何知道。”他說，研究人員以計算機代碼形式提供的這個框架，也為估算古生物學家在挖掘化石時可能遺漏了多少物種奠定了基礎。

“有了這些數字，我們就可以開始估計，在化石記錄中，可能會丟失多少短命的、地理專門化的物種。”他說，“這可能是一種開始量化我們不知道的東西的方式。”

文章來源：《中國科學報》

（責任編輯：吳宇）