恐龍時代體型差異那么大的恐龍都是由同一種恐龍慢慢進化出來的嗎?
關于是否能由同一個祖先進化而來,答案是「可以」。
下面回答主要關注 「體型差異(大小差距多大)」和「慢慢(體型演化的速率)」
中生代就被稱為「恐龍的時代」。提起恐龍,大家最先想起的一個成語是什么呢?
那一定是「龐然大物」了。
恐龍大家族當中,誕生了以蜥腳類恐龍為代表迄今最大的陸地動物,也誕生了史上最龐大的捕食者,以雷克斯暴龍為代表的大型食肉恐龍。這些大個子們體重動輒十噸以上,而作為對比,我們當今世界上最大的陸地動物非洲象僅五噸左右。如果僅憑陸地生物的最大值來看,恐龍時代確實算得上是個巨獸時代。
但同時,我們知道鳥類是恐龍的一支后裔,包括原始鳥類和其近親(尤其是虛骨龍類的很多成員),它們的體型又是非常小的。如題主提到的例子,起源關系算不上很遠暴龍和竊蛋龍體型差距非常大。實際上,就是在竊蛋龍類當中,最大的竊蛋龍,比如二連巨盜龍體長八米,重約 1.4 噸,而最小的竊蛋龍類體型跟現(xiàn)在的鵝差不多,甚至更小。
當然,如果我們再擴展一下,算的是包含鳥類的恐龍全群的話,這個體型差異更大。最小的恐龍, 以一些蜂鳥為代表,僅幾克重。最大的蜥腳類恐龍可能可以到達百噸量級。
所以在回答答主的問題之前,首先需要明確這個問題的假設是否成立。
恐龍的體型差異真的很大么?
是,也不是。
如果要對比,我們首先要明確對比的規(guī)則。在我看來,如果要論證恐龍的體型差異相對于其他動物來說更大,只能在以下兩種思路下對比。
要么,用某一個時間段的恐龍動物群體型分布面貌去對比另一個時間段或者節(jié)點的某其他動物群的體型分布面貌。
要么,用跨越時間尺度的全部的恐龍(這樣就必須包括鳥類)去對比跨域時間尺度的某類動物(哺乳動物是個合適的對比對象,因為是個單系,并且生存尺度上接近)。
實際研究當中,受限于滅絕物種被發(fā)現(xiàn)的多樣性會偏低。一般來說常用比如「滅絕的恐龍(非鳥恐龍)」和「現(xiàn)生哺乳動物」、「現(xiàn)生鳥類」等去比。其實這樣比是有瑕疵的,理論上最合理的比較方法,應該是進行如下類似比較,「馬素里赫特期恐龍」和「現(xiàn)生哺乳動物」。但考慮到滅絕恐龍的概念可以近似理解為從三疊紀到白堊紀的一個平均,加之滅絕動物物種數(shù)目本身就少,如果再細分就很難進行統(tǒng)計比較,大家覺得這種比較還是有一定代表性的。
這里我簡單展示 O’Gorman 2012 年的一個工作里面對比「滅絕的恐龍(非鳥恐龍)」和「現(xiàn)生哺乳動物」的情況,來討論一下恐龍內部的體型差異是不是真的很大。
是不是很驚奇?
如果我們僅僅簡單地討論恐龍和現(xiàn)生哺乳動物這兩者內部的體型絕對差異,也就是兩者內部體型極大值和極小值的差值的話。我們可以從上圖兩個分布的橫軸占據(jù)情況讀出來,非鳥恐龍和現(xiàn)生哺乳動物兩者的絕對體型差異其實差不多。甚至,最大的現(xiàn)生哺乳動物(藍鯨)和最小的現(xiàn)生哺乳動物(伊特魯里亞鼩鼱)之間的體型差異,是大于已知的最大非鳥恐龍和最小的非鳥恐龍之間的差異的(甚至我們把鳥類算進去,讓蜂鳥加進去拉低下限,依舊比不過)。
但這個結果非常反直覺。沒錯,很容易就可以找到一種恐龍,它比任何一個陸生哺乳動物都要大,為什么我們會得到上面的結果呢?
其實直覺也可以說是沒有錯的。因為真正影響我們絕對某類動物大或者小的原因,并不是極端值而是平均值或者中位數(shù)。結合縱軸,就可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)生哺乳動物大部的體型大部分集中在 1 克到 1 噸這個范圍,而恐龍則集中在 1 千克到 10 噸這個范圍??铸埖钠骄w型,確實是遠大于哺乳動物的。
但是從人的主觀角度講,我們?yōu)槭裁捶Q呼恐龍時代為巨獸時代呢?還有一個原因是要考慮到我們,作為一種動物的體型大小。人類的平均體重大約是 60 千克左右,如果放到哺乳動物的分布里面,我們會發(fā)現(xiàn),一半多的哺乳動物是比我們小的。而如果放到恐龍的體重分布里面去看,不好意思,大部分恐龍都比人類要大得多。因此,人類稱呼恐龍時代為巨獸時代一點問題也沒有。
當然,如果我們不是人,而是一群大象或者鯨魚,那我們會稱呼恐龍時代為巨獸時代么?那就好像沒有多大必要了吧?
所以,總結一下。與其說非鳥恐龍的體型差異非常巨大。倒不如說非鳥恐龍內部的體型差異跟現(xiàn)生哺乳動物差不多,相對于現(xiàn)生的爬行動物和兩棲動物確實大一些。但真正有特點的是,雖然中生代的非鳥恐龍既可以長得非常大,又可以長得非常小。但是選擇變大的,似乎要比選擇變小的多很多?
討論到這里,題主的問題可以一下子深入到恐龍研究領域最火爆的一個問題。
「恐龍體型的演化趨勢為什么如此與眾不同?」
很遺憾,這個問題現(xiàn)在沒有一個確切的答案。
對恐龍各個支系的體型演化研究發(fā)現(xiàn),確實大部分的恐龍支系體型都是在中生代逐漸大型化的。比如我們熟悉的蜥腳類中的各個類群,暴龍類,堅尾龍類為代表的食肉恐龍,甚至鐮刀龍類、竊蛋龍類等「轉素食」的獸腳類,都是如此。而非常明顯呈現(xiàn)體型小型化的,則是虛骨龍類到鳥類的這一演化支系。雖然具體演化模式和速率有所爭議,但 Lee 2014 和 Benson 2018 的文章,都一致同意,獸腳類恐龍到鳥類的演化過程是個小型化過程。
Roger Benson 在 2013-2018 年發(fā)表了一系列的祖先狀態(tài)恢復工作,雖然非常的詳細,但目前也剛剛到了向我們展示了「恐龍體型的演化趨勢哪里與眾不同」。但其中原因,目前也只能提出一些「猜測」和「假說」。
上圖是 2013 年 Roger 對整個恐龍內部的體型演化分析工作。這個工作在恐龍的演化樹上指出了 23 給關鍵的演化節(jié)點,這些節(jié)點都對應了極高的演化速率,大致可以理解為一次快速的適應性輻射。然后他對比了這 23 個節(jié)點前后,這些演化支的恐龍體型究竟是變大了還是變小了。
結果很有意思,這 23 個快速演化節(jié)點,只有 7 個演化節(jié)點之后,恐龍的體型是變小了,而剩下的 16 個都是大型化。而且,這僅有的 7 個演化節(jié)點,兩個與島嶼小型化有關(這是一種因為生境變小而體型變小的情況),四個發(fā)生在虛骨龍類到鳥類的演化歷程當中。這樣看起來,恐龍變大的能力很強,但是變小的能力好像很弱?(這只是形象的說法,不存在演化能力這種東西)。
如何解釋這個問題呢?截止到目前,針對恐龍內部的某個演化支,比如蜥腳類恐龍、暴龍類,它們?yōu)槭裁茨軌虺掷m(xù)大型化,鳥類的祖先及早期鳥類為什么能夠持續(xù)小型化等問題,科學家們已經(jīng)嘗試從生態(tài)學、組織學、個體發(fā)育學等等角度去給以解釋。感興趣的可以看我這篇回答。
為什么遠古時代有體型巨大的生物,比如巨齒鯊、恐龍、巨異鳥?是基因、食物、環(huán)境還是其他因素造就的?
但對恐龍這個類群來說,最終的答案還遠遠沒有被發(fā)現(xiàn)。但我相信隨著更多新技術和方法的應用,在這個重構恐龍的新時代(上個月的國家地理說的,不同意的話找他們去),我們終會對這個問題有個更清楚的認識。
參考文獻:
O’Gorman E J, Hone D W E. Body size distribution of the dinosaurs[J]. PLoS One, 2012, 7(12): e51925.
Lee, M. S. Y., Cau, A., Naish, D. & Dyke, G. J. Sustained miniaturization and anatomical innovation in the dinosaurian ancestors of birds.Science345, 562-566, doi:10.1126/Science.1252243 (2014).
Brusatte, S. L., Lloyd, G. T., Wang, S. C. & Norell, M. A. Gradual assembly of avian body plan culminated in rapid rates of evolution across the dinosaur-bird transition.Current Biology24, 2386-2392, doi:10.1016/j.cub.2014.08.034. (2014).
6 Benson, R. B. J., Hunt, G., Carrano, M. T. & Campione, N. Cope's rule and the adaptive landscape of dinosaur body size evolution.Palaeontology61, 13-48 (2018).
Benson, R. B. J.et al.Rates of dinosaur body mass evolution indicate 170 million years of sustained ecological innovation on the avian stem lineage.Plos Biology12, e1001853, doi:10.1371/journal.pbio.1001853 (2014).
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