霸王龍前面兩隻小手手是幹嘛用的?

這是個很好的問題,但也是一個很容易跑偏的問題。霸王龍可以算是最出名的恐龍,至少是最出名的恐龍之一,因此,霸王龍短小的前肢也變得廣為人知。在古生物研究的圈子裡有一部分人在做相關的研究,科普圈子裡也經常拿這個來說事兒。如果非要我給一個簡潔明瞭的答案,我只能說“不知道”。

回到問題,如果我們要研究霸王龍的小短手的功能,我們應該怎麼做呢?

注意小短手!

首先,很明顯的,根據已經發現的化石,霸王龍的前肢確實非常短小(相對其他獸腳類恐龍)。根據化石的其他特徵,很明顯,霸王龍是一種肉食動物。在1905年Osborn命名霸王龍時就認為它是一種捕食生活的動物,但不久,1917年Lambe就提出霸王龍可能是一種食腐動物(scavenger),這一觀點在1993年又被Horner和Lessem重新提出。但是現在,學界大部分(說主流可能有點過了)觀點還是支持霸王龍擁有活躍捕食行為(注意,沒有說完全不食腐,有肉為啥不吃)。而且具體怎麼捕食還有爭論。至於很多人關心的最大咬合力(或者戰鬥力→_→),去看看文獻就知道最後的結果方差有多大了,能差兩個數量級,在現有的技術手段下討論沒太大意義。

那麼如果大家同意霸王龍時活躍的捕食者(不同意的跳過這一段),它極度短小的前肢是用來幹什麼的呢?這是一個典型的形態功能學問題,通過形態來推測可能的功能,也是古生物研究中常見的問題。Carpenter在2002年的論文中指出所有的獸腳類恐龍都無法把前肢伸到嘴巴前面,所以似乎不太應該考慮類似我們進食時候遞食物的這個功能。

由上往下,恐爪龍,異特龍,霸王龍

但是包括Carpenter本人在內的一批學者都認為儘管尺寸短小,但霸王龍的前肢依然非常強壯。然後大量具有病理學特徵的化石也驗證了霸王龍擁有相當活躍的生活方式。具體對單個骨頭的研究這裡就不展開了。感興趣的可以參考下面幾篇論文:Introduction to Evolutionary Teratology, with an Application to the Forelimbs of Tyrannosauridae and Carnotaurinae (Dinosauria: Theropoda)​

link.springer.co

形態功能學中一種常用的方法叫做“有限元分析”,這個方法工程領域的同學應該比較熟悉。像估計霸王龍的最大咬合力就是通過這種方法做的。但是把有限元運用到化石上有若干問題:

  1. 化石經常不是完整的,而且保存過程會帶來變形,另外霸王龍的化石很少
  2. 化石代表硬骨組織,真實情況要考慮肌肉和軟骨,模擬中很難做到
  3. 有限元分析方法本身有誤差

即使我們儘量地克服這些問題,還有一個更根本的問題。前肢這個東西它可能不止一個功能,或者反過來說,不同功能的前肢之間的區別可能不會太大。我舉一個不太恰當的例子,我們把跑步運動員,游泳運動員和爬樹運動員的前肢拿來分析,骨頭上可能不會有太大的差異。也就是說單單從化石出發去推斷某種功能,結果可能會非常不準確。另外,霸王龍的前肢高度特化,不僅僅非常短小,而且只有兩個手指,能夠用來對比的生物很少。

綜上,就像很多的古生物問題一樣,在找到保存非常完好的化石或者方法進步前,我們的答案都是“不知道”。反正說“不知道”也不丟人,不知道還要強答才丟人呢

因為它們加入了光榮的進化!

馬的祖先是生活在叢林裡的,叢林裡複雜的地形使得其進化出了類似於食肉目動物的爪結構。後來隨著環境乾燥,叢林變草原地形變開闊了,高速奔跑便是主要需求。中趾發達的結構式有助於高速奔跑的,於是馬在這條路上越走越遠,結果中指太發達了,其他的趾變沒了,這就是特化!

這是食草動物的一個典型的特化,但我們的主要論據不是它,而是一種生猛的食肉動物,猛到滅絕的掠食者。它就是——劍齒虎!(掌聲)

不用多說也知道吧,一對極度發達的犬齒就是它特化的部位,也是當時食草動物的夢魘。(如圖)

有人會問:這種東西和老虎差不多,又比現代老虎多一對這麼猛的武器,太變態了吧!

實際上劍齒虎作為進化樹上最為特化的一支,它和現代虎有比較大的區別,下面放出劍齒虎的骨架與現代孟加拉虎的骨架來看看

兩者都是典型的食肉目貓科動物,但從生理結構上來看,有很大區別

  1. 劍齒虎的後肢相對於孟加拉虎要短
  2. 劍齒虎的尾的長度相對於孟加拉虎要短

(本人對動物的比較解剖學不太熟悉,只是憑一點淺薄的知識比較,如果還有其他相關特徵對比還望大佬賜教)

後肢是奔跑速度的重要因素,這就說明了劍齒虎的奔跑速度是不及孟加拉虎的。而尾部是動物奔跑時轉向的重要輔助工具(獵豹就有很長的尾部,方便其在高速奔跑時靈活轉向),這也可以看出劍齒虎的奔跑能力相對較弱。綜合以上因素可以看出劍齒虎是不適合奔跑並追捕獵物的,它只有靠偷襲並儘快完成擊殺來捕食。

這就是劍齒虎特化犬齒的原因,它就是靠偷襲那些大型的速度不快的獵物,而一對大型犬齒一口咬穿獵物喉管就是最好的秒殺手段。

而且劍齒虎還有其他缺陷

所謂“成也蕭何敗也蕭何”,對劍齒虎而言就是成也長牙敗也長牙

牙越長,要咬東西嘴就需要張得越大,劍齒虎的嘴需要能張得比現存的貓科動物都大得多才能咬到東西。但是,肌肉的伸展長度是有限的,嘴張得很大,肌肉長在頜的前部就會過度拉伸,不現實;如果都靠著頜的後部,肌肉就會比較少,咬力就會比較小。

有個大佬:丹麥奧爾堡大學生物學家克里斯蒂安森(Per Christiansen)研究了這種生物。克里斯蒂安森主要的研究對象是著名的刃齒虎(Smilodon),就是動畫片《冰河時代》裡出現的那種劍齒虎。

沒錯,就是它!

它是劍齒虎家族中最後滅絕的一種,也是所有劍齒虎裡最大的一種,專門獵殺野牛、大地懶之類的大型獵物。之前的研究認為,因為劍齒虎張嘴過大,所以它們的咬力比現在的大型貓科動物要弱。克里斯蒂安森同意這種說法。但他認為,劍齒虎嘴巴咬合的力量仍然夠大,因為咬力並不光是靠嘴上的肌肉。還要靠頸部肌肉發力。

想象一下你在啃雞腿時因為你的咬合肌不夠發達,你必須將頭猛地向下壓才能啃下肉,吃相應該不好看吧……(ps.現在獅虎之類的大型貓科動物都會咬住獵物的喉嚨一分鐘以上,讓獵物窒息而死,但刃齒虎不會這樣做,因為它們的頜部肌肉力量不足。)

所以說進化就像遊戲裡的點技能點,你的點數是有限的,你點了某方面,另一方面的點數就少了,而你瘋狂給某一個系加點(特化),就會有個系點數不足,就會較弱。怎麼加點才能在環境中繁衍下去就需要策略,用生態學的一個概念來說就是生存策略,生存策略有幾種,在此不贅述,有興趣可以百度。

我們人類也是這樣,我們特化了大腦,在智力系(姑且這麼叫)點滿了,比地球上任何其他生物都加的多,回報顯而易見。但人類在其他方面就十分弱雞了:跑不動,飛不了,生地慢,容易病……這也是一種平衡。而且某些加點是矛盾的,拿個成語來說——“如虎添翼”。虎作為頂尖捕食者,體型力量是必須的,而體型大了,重量也會增長,密度也會變大,就飛不起來了,所以是矛盾的。(鳥類的生理結構也表明了其在減重方面下了血本,在此就不細說了)

所以天理恢恢,掛B是不存在的

於是呢我們可以看出,霸王龍特化了它的頜部,同時後肢與尾部也很發達,獵捕能力超群。總要平衡呀!於是……

手手就成了犧牲品


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