科学家最近发现,恐龙的血液忽冷忽热。
鸟类通过地球上一些最努力的新陈代谢产生的热量来保持温暖,而蜥蜴则依靠太阳来保持温暖。这两个群体都与恐龙有关,因此,古生物学家长期以来一直想知道恐龙是否像蜥蜴表亲一样具有所谓的冷血新陈代谢,或者像它们的鸟类亲戚一样具有温血新陈代谢。现在科学家们知道了答案:两者兼而有之。
动物的新陈代谢是指其身体用于执行正常功能的能量。更高的新陈代谢——需要更多的能量来维持——意味着动物可以更加活跃,但动物必须吃足够的食物并呼吸足够的氧气来保持其代谢引擎的运转。作为一个额外的好处,高新陈代谢会产生热量,使动物保持温暖,因此称为温血动物或吸热动物。相反的代谢策略需要较少的能量来维持,被称为冷血或等温。与吸热动物相比,冷血动物需要更少的氧气和食物,但必须通过行为来调节体温。它们不是自己产生热量,而是通过晒太阳或躲在阴凉处来保持内部温度。
“鸟类从恐龙祖先那里继承了异常高的新陈代谢率,这很酷,”加州理工学院博士后研究员、一项关于恐龙新陈代谢的新研究的主要作者 Jasmina Wiemann 告诉 Live Science。在对 55 种现存和已灭绝物种(其中许多是恐龙)的分析中,Wiemann 和合著者发现,目前仅在哺乳动物和鸟类中看到的温血动物在恐龙中相当普遍,但并非所有恐龙都是温暖的-有血有肉。
通过分析来自不同恐龙群的物种,该团队追踪了温血和冷血新陈代谢随时间的演变。他们发现从祖先传下来的恐龙很可能是温血动物,但恐龙并非都保持这种状态。在 2.519 亿至 2.013 亿年前的三叠纪时期,恐龙分为两大类:蜥臀目(“蜥臀”恐龙)和鸟臀目(“鸟臀”恐龙)。有证据表明,蜥臀目动物,包括食肉兽脚亚目恐龙,如暴龙和异特龙等,与它们的祖先一样是温血动物。鸟类是这个血统的后裔,并保留了温血新陈代谢。
包括三角龙和鸭嘴鸭嘴龙在内的鸟臀目随着时间的推移失去了快速的新陈代谢,成为冷血物种。
该数据支持先前研究的结果。例如,先前的研究发现剑龙是一种鸟臀目甲类食草动物,其生长速度异常低——这是新陈代谢缓慢、冷血的标志。另一项研究发现,鸭嘴龙是一群以鸭嘴为食的植物,它们的体温似乎变化太大,以至于动物不能成为温血动物。其他研究指出了温血动物,例如发现一些恐龙物种全年生活在北极(在新标签中打开)。这是第一项表明恐龙具有多种新陈代谢的研究,它们遵循进化模式。 “找到它的根源并意识到这些是真正的模式,而不仅仅是人工制品,真是太好了,”维曼说。
根据 Wiemann 的说法,探索恐龙新陈代谢的研究有两大缺陷。一方面,他们倾向于通过分析蛋壳厚度、牙齿结构或同位素——具有不同中子数量的元素的变化——来间接推断新陈代谢,这些都是在石化后留下的。这些通常用于确定生长速率或体温,它们是代谢率的代表。这些代理可以为动物的新陈代谢提供线索,但不能直接测量新陈代谢。其次,用于进行这项研究的方法通常具有破坏性,并且要求研究人员破坏化石以找出其中的秘密。
在这项新研究中,Wiemann 和她的同事没有将无价的化石磨成灰尘,而是使用光散射显微镜来确定恐龙骨骼的化学成分。具体来说,他们寻找新陈代谢本身产生的废物(例如分解的脂肪),这可能暗示动物体内氧气的使用——这是代谢率的直接衡量标准。
虽然这项研究支持之前关于恐龙新陈代谢的一些工作的发现,但 Wiemann 的无损采样方法可能为科学家提供前所未有的能力来探索其他已灭绝谱系的代谢进化,而不仅仅是恐龙。
这种非破坏性的方法意味着古生物学家可以深入研究博物馆的藏品,“在没有任何重大准备的情况下从架子上取下骨头并对其进行分析,”维曼说。 “出于这个原因,我们可以第一次构建这些非常大的数据集之一,然后实际连接这些点。”
推断恐龙代谢进化的模式也引发了关于活体动物新陈代谢的问题。
例如,鸟类是唯一在白垩纪末期(大约 1.45 亿至 6600 万年前)大规模灭绝中幸存下来的恐龙群体,因此它们高度活跃的新陈代谢似乎为它们带来了优势。然而,许多其他似乎具有高能量代谢率的恐龙就没有那么幸运了。此时新陈代谢是否在生存中发挥了很大作用是维曼希望很快得到解答的一个问题。
该研究还发现,温血动物的新陈代谢出现在三个不同的进化谱系中:恐龙、哺乳动物和一组被称为蛇颈龙的已灭绝海洋爬行动物。这些谱系不仅彼此独立地获得了更高的新陈代谢,而且在三叠纪时期,它们几乎都在同一时间做到了这一点。 Wiemann 说:“我认为这一切都或多或少同时发生,这非常令人着迷。”
Wiemann 指出,未来使用该团队研究方法的研究可以扩大科学家对代谢进化的认识。 “他们最终可以告诉我们大规模灭绝和进化瓶颈实际上扮演了什么角色,为不同的动物群体创造机会来扩大和探索它们的代谢能力,”维曼说。 “我认为未来会有一些非常令人兴奋的事情。”
该研究结果于 5 月 25 日发表在《自然》杂志上。