恐龙为何会体形巨大

林泉

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形？为什么陆地哺乳动物从未达到这样的尺度？是什么限制了动物无限生长？恐龙是如何突破体形极限的？恐龙如何支撑自己庞大的身躯？

是什么限制了动物无限生长

早在19世纪，英国古生物学家爱德华·柯普就注意到一个现象：一个物种的动物在进化过程中倾向于越变越大。这种现象后来被称为柯普法则。从进化上讲，个体越大，就越难以被捕食者侵犯，同时也更容易在寻找食物和配偶时打败对手。但同时也会带来一些劣势：大型动物更容易灭绝，因为大型动物与小型动物相比，食量大、繁殖慢，所以在食物短缺的年代，灭绝的概率就更高。此外，大型动物还会产生其他一些问题。譬如，如何支撑庞大的体重？如何摄入足够的食物和氧气？如何防止身体过热？一方面自然选择鼓励动物越长越大，但另一方面，它们最终要为此付出代价，这两股力量相互制约，使得大多数陆生动物的体重一般不超过10吨。但不可思议的是，以上劣势所带来的挑战全被蜥脚类恐龙克服了。

恐龙是如何突破体形极限的

环境因素

其实，恐龙这种巨型生物的诞生是多种因素共同作用的结果，当然，其中地球的环境因素占据很大一部分原因。首先，在恐龙家族生存的大部分时代，地球大气层中的氧气含量相对比较高。科学家认为，白垩纪时地球大气层中的氧气含量应该超过了30%，是现在大气层中的含氧量的1.5倍。在那样的富氧环境下，動植物生长得比较快，个头也能长得很大。这在蚊子、苍蝇、蜻蜓、蛾、蝴蝶等小型动物身上表现得更为明显，以前它们的个头是现在相同物种的2～3倍，有些甚至比现在的要大10倍以上。其次，那时候的气候和生态环境较好，地球上动物的生存栖息地也比现在要大很多。那时候地球上的气候都比较温暖湿润，植物生长茂密葱茏，充沛的降雨和光照条件让植物可以长得很大。由于食物充足，动物没有营养缺乏之虞，所以也能长得很大。

恐龙有高效的呼吸系统

蜥脚类恐龙拥有与鸟类相似的呼吸系统。鸟类的呼吸比起哺乳动物来更为高效，因为它们不仅有肺，还有气囊。当它们吸气的时候，空气同时充满了它们的肺部以及身体里的气囊。在呼气时，虽然肺部的气体流出，但同时从气囊流出的新鲜空气又进入肺部（人类在呼气时肺部是没有新鲜空气的），所以它们的肺部始终充满了新鲜空气。据计算，在一次呼吸中，鸟类肺部毛细血管能够吸入的氧气是同等肺活量哺乳动物的2.5倍。有证据表明，蜥脚类恐龙也拥有像鸟类一样的气囊。这种呼吸方式还可以通过很多途径来帮助支撑一个庞大的形体。首先，它解决了如何获得足够氧气的问题；其次，气囊位于身体椎骨附近，就像松软的海绵一样，极大地减轻了椎骨所承受的压力；再次，为了与这种呼吸方式相适应，蜥脚类恐龙的椎骨里还有许多中空的气囊腔，这减轻了椎骨的重量；最后，这种呼吸方式还可以为通过气喘来散热提供方便，从而解决了散热问题。

恐龙有独特的消化方式

有一个隐藏的体形“天花板”在限制动物的增大，这就是消化方式。在有限的时间内能否吃得足够多，是决定动物体形的一个重要因素。一头大象需要每天花18个小时不停地吃，一天大约能吃掉200千克植物。大型蜥脚类恐龙一天大概需要吃1吨植物，它们如何能做到这一点呢？蜥脚类恐龙可以说突破了咀嚼的极限，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，它们甚至可以把食物从消化道末端一直堆到脖子。蜥脚类恐龙的椎骨因中空而自重较轻，这让它们的脖子长得更长。由此一来，它们上下左右的吃食范围就更广了。它们可以站着静止不动，仅靠扭动脖子来完成吃食，这样还可以减少能量损耗。而且在吃食时，它们并不咀嚼，而是用牙齿先把树叶和树枝采集下来，塞满嘴巴，然后才一起吞咽下去。比起花时间咀嚼，这样做让它们每天能塞进肚子更多的食物。蜥脚类恐龙的消化系统里有一个“发酵罐”，这使得细菌有大量时间将塞进的植物的营养充分分解出来。

恐龙有别于哺乳动物的生育方式

另一个限制动物无限长大的“天花板”是哺乳动物的胎生系统。大型哺乳动物产仔是需要花费大量时间和精力的。一般而言，动物越大，它的胎儿也越大；胎儿在母体内孕育的时间越久，整个繁殖过程也会越长，而繁殖周期过长会导致它们快速走向灭绝。然而，恐龙却完全避开了这个问题。体形大的恐龙不会生产大幼崽，而是产下相对较小的蛋。这种生产后代的方法有一个优势：胎儿在母体外发育，解除了怀孕的负担，从而消除了生长限制。我们知道，哺乳动物体形越大，它所生下的幼崽就越少，而且每次怀胎间隔就越长。然而因为卵生，大型恐龙却可以持续不停地下一窝窝的蛋，因此拥有非常多的后代。大象要隔4年才生产一次，在同样的时间里，一头蜥脚类恐龙大概可以产几百个蛋了。当蜥脚类恐龙体形增大的时候，它们的后代数量并没有因此减少，这样，蜥脚类恐龙就躲过了一般大型动物因繁殖慢而容易被灭绝的风险。万一遇到危险，比起大型哺乳动物来，蜥脚类恐龙种群的数量也恢复得更快。

总而言之，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造就了这个类群的大体形。蜥脚类恐龙拥有着非常强大的呼吸系统，它们可以获得更多的氧气；同时，特殊的进食方式让它们不需要消耗太多的能量就可以获得更多的食物。于是，吸入的氧气充足，身体也没有太多的消耗，一代代演化下去，自然也就身体越来越强壮，体形越来越庞大了。通过它们那独一无二的生殖、身体和生活方式上的诸多优势，蜥脚类恐龙终于克服了限制其他陆生动物生长的不利条件，成长为史无前例的巨无霸。

恐龙是如何支撑自己庞大身躯的

知晓了恐龙“大体格”的来历之后，也许有人会问：作为地球有史以来体形最大的动物，蜥脚类恐龙是如何支撑自己庞大身躯的？蜥脚类恐龙之所以能够支撑庞大的身躯，是因为它们的关节比现代陆地哺乳动物更柔韧。科学家认为，连接蜥脚类恐龙骨骼的软骨层数超过现代哺乳动物，这让它们的骨骼可以承受更多重量，进而长出巨大的身躯。蜥脚类恐龙的身躯为何会如此柔韧呢？这是因为有“骨小梁”的存在。那么，什么是骨小梁？它是骨皮质在松质骨内的延伸部分，在骨髓腔中呈不规则立体网状结构，如丝瓜络样或海绵状，起支持造血组织的作用。研究发现，伴随着年龄的增长，骨小梁就会不断被吸收掉，这个时候，骨骼也会变得越来越沉。民间有一种说法是“年龄越大、骨骼越重”，其实说的就是骨小梁和年龄之间的关系。而蜥脚类恐龙作为脊椎动物，自然它们也是拥有骨小梁的，但是，蜥脚类恐龙的骨小梁却并不会随着年龄的增长而被吸收，它们的骨小梁结构是非常特殊的—属于一种非常轻的海绵状物质。这种特殊性也导致蜥脚类恐龙的骨骼重量并不会随着年龄的增长而发生变化，否则如果蜥脚类恐龙的年龄越大，它们的骨骼就会变得越沉重，蜥脚类恐龙很快就会没有办法移动行走了，自然它们也无法在地球上生存上亿年的时光。