说到恐龙

对于大多数人而言

首先映入脑海的就是“巨大”

那么恐龙为何能拥有

庞大的体型呢

恐龙中出现过体型最大的陆生植食性动物——巴塔哥泰坦龙，最重的陆生肉食动物——雷克斯暴龙。

虽然说恐龙当中也有小个子，如在树林间攀爬营生的胡氏耀龙，尝试四翼飞翔的顾氏小盗龙。但总体而言，恐龙生存的年代的确可以说是巨人的时代。

今天我们来研究一下：

是什么决定了恐龙体型大小？

体型大型化的“天花板”是什么？

恐龙是如何突破体型极限的？

图源http://www.gxmuou.com/jiankang/19218.html

恐龙体型

关于恐龙的体型，有一种说法是：中生代（三叠纪、侏罗纪和白垩纪）的氧气含量比较高，因此一些恐龙才有了如此巨大的体型。那么，事情真的是这样吗？

我们知道，恐龙尚未灭绝，现今的鸟类就是恐龙的后代，我们常吃的禽类——家鸡就属于一类兽脚类恐龙。如果氧气含量高了，恐龙这类脊椎动物体型就大，那么我们为什么不在高氧环境下养鸡呢？

实际上，就脊椎动物而言，呼吸系统对空气中氧气的利用模式是非常主动的。其中，尤其以现生鸟类为甚。鸟类相对于其他脊椎动物，有一个独特的呼吸系统，叫做“双重呼吸系统”。

鸟类遍布身体的气囊，吸收和吐纳空气，让空气在肺部来回通过两次。这种呼吸系统相对于哺乳动物（比如说人）来说更有效率。

并且这种呼吸方式还可以根据环境变化来相对主动地调节呼吸效率，更好地利用环境中的氧气。

举例来说，高原上的雄鹰可以在氧气非常稀薄的高空飞行，在高海拔的山地筑巢生活，说明它们的呼吸效率是非常高的，这样，低氧环境就影响不了它们的体型大小。

恐龙和鸟具有一样的双重呼吸系统

图源：https://www.gizmodo.jp/2017/02/birds-change-how-to-use-gene.html

而这种“神一样的呼吸系统”，在恐龙里面同样存在。古生物学研究发现，这种呼吸系统正是鸟类祖先——恐龙们留给它们的“宝贵遗产”之一。

科学家不但在鸟类的近亲兽脚类恐龙骨骼上发现了气腔的痕迹（这些气腔就是气囊所在之处），也在亲缘关系稍远的蜥脚类龙中发现了这种结构，而蜥脚类龙恰恰就是体型最为庞大的一类恐龙。

简单来说，蜥脚类恐龙实际上有一个非常高效的呼吸系统，对空气中的氧气利用率极高，类似鸟类。因此，空气中平均氧气含量的波动，应该对这类恐龙日常生活影响不大，不会存在氧气高了体型就变大，氧气少了体型就变小的情况。

蜥脚类恐龙，图源百度百科

除了氧气含量，还有很多其他的说法，比如植物中碳和氮的比值，环境温度会影响恐龙的体型。实际上，和氧气含量的答案都是一样的，这些与恐龙生长息息相关的环境因素，是恐龙生活必不可少的部分，也都属于决定恐龙体型大小的原因之一。换言之：

1、不同恐龙类群的巨型化是不能用同一个或者一组环境因素解释的。

2、有一些类群（如蜥脚类）的恐龙，它们甚至突破了体型大型化的“天花板”，那是因为它们生物本身的特殊原因。

因此，真正的大型化的原因，应该从恐龙自身上面去找。

体型大型化的“天花板”

实际上，所有动物都是不会无限制的生长的。对于每一类动物而言，都有一种或多种条件去限制其体型的增长。

拿我们熟悉的大象来举例：大象属于长鼻类，长鼻类中的成员其实在很早就演化出了与现在非洲象相当的体型，成为陆地上最大的动物。

然而自那之后，虽然各种类群长鼻类兴衰往复，但它们的体型并没有更进一步。也就是说，有一个隐藏的体型“天花板”在限制它们的增大。

构成“天花板”的因素很多，比较重要的包括咀嚼、运动、食物来源、繁育方式等。拿咀嚼举例，咀嚼是需要时间，消耗能量的。

每一个动物的一天，都是一样长的（24小时）。假设动物a的进食模式是每天最多进食八个小时，一天获得体重增加1kg，一年体重增加365kg，再乘上寿命，得到的数值就是这种动物的体重上限了。因此，如果咀嚼效率不提升，这类动物就很难摄入更多的能量和物质，就不能变得更大。

另一个“天花板”因素是哺乳动物的胎生系统。这种系统运作非常耗费母亲的能量，一般而言，动物越大，它的胎儿也就越大，胎儿在母体内孕育的时间就越久，因此整个繁殖过程就会变长，而繁殖周期过长会导致它们快速走向灭绝。

突破体型极限

恐龙的巨型化不是没有道理的，因为它们打破了一个个体型大型化的“天花板”。

鸭嘴龙类是一类大型鸟臀类植食性恐龙，它们也是仅次于蜥脚类恐龙的第二大体型的植食性恐龙类群。

它们其实没有突破咀嚼的“天花板”，但是它们演化出了一种远比现在哺乳动物牙齿高效的咀嚼方式或者说结构（齿板tooth battery），所以是鸭嘴龙类把这个“天花板”抬高了，体重可以达到几十吨。

鸭嘴龙类的齿板，图源

https://www.agefotostock.com/age/en/Stock-Images/Rights-Managed/MEV-10850724

而最大的恐龙，蜥脚类恐龙，可以说是突破了咀嚼的极限。因为它们吃东西根本就不咀嚼。

蜥脚类恐龙没有发达的咀嚼系统，也没有胃磨（胃石加蠕动）系统，它甚至可以把食物从消化道末端一直堆到脖子。

吃进去的植物在高温和消化酶，也有可能是微生物的作用下分解产生能量，维持这个系统运作。蜥脚类恐龙本身很懒，身体重的部分不用怎么动，只要把身体挪到一片林子里面，剩下的动脖子就行了，吃完之后换下一片。

蜥脚类的长脖子，是它们高效进食的重要“武器”

图片来源维基百科

蜥脚类恐龙在低能耗的情况下，高速的获得能量，自己消耗的还少。同时，它们也有类似鸟类的双重呼吸系统，可以有效的维持大量氧气供应，使得食物得到很好地消化吸收，维持很高的代谢。

总结而言，蜥脚类恐龙是脊椎动物演化史上的一个异类，它们本身拥有的一系列有利于大型化的结构和生理特征才造就了这个类群的大体型。

目前对恐龙体型演化的研究，一般认为不同类群的恐龙体型变化原因是不同的。不像无脊椎动物，脊椎动物的体型演化方式是非常主动的，不同环境条件下都有适应这个环境并演化到大体型的动物类群。

一只成年蓝鲸，图源

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%93%9D%E9%B2%B8#/media/File:Blue_Whale_001_body_bw.jpg

很多人认为，自从人类出现后，动物的体型好像都变得比较小了，那动物界还存在像恐龙一样体型庞大的动物么？其实是存在的，人类已知体型最重的脊椎动物，也就是蓝鲸，就与人类一起生活在这个时代。

参考文献：

1.徐星 & 赵祺. 恐龙巨型化研究进展. 科学通报 61, 695-700 (2016).

2.Sander,P. M. et al. Adaptive radiation insauropod dinosaurs: bone histology indicates rapid evolution of giant body sizethrough acceleration. Org Divers Evol4, 165-173, doi:Doi10.1016/J.Ode.2003.12.002 (2004).

3.Hummel,J. & Clauss, M. in Biology of thesauropod dinosaurs-Understanding the lift of giants (eds N Klein, K. Remes, C. T. Gee, & P MSander) 11-33 (Indiana University Press,2011).

4 .Sander,P. M. An Evolutionary Cascade Model for Sauropod Dinosaur Gigantism - Overview,Update and Tests. Plos One 8, e78573, doi:10.1371/journal.pone.0078573(2013).

5. Sander,P. M. et al. Biology of the sauropoddinosaurs: the evolution of gigantism. BiologicalReviews 9999 (2010).

来源：中国科普博览、科普中国

原标题：《天天科普 | 恐龙可以那么大，人类为什么不行？》