这是个很好的问题,但也是一个很容易跑偏的问题。霸王龙可以算是最出名的恐龙,至少是最出名的恐龙之一,因此,霸王龙短小的前肢也变得广为人知。在古生物研究的圈子里有一部分人在做相关的研究,科普圈子里也经常拿这个来说事儿。如果非要我给一个简洁明了的答案,我只能说“不知道”。
回到问题,如果我们要研究霸王龙的小短手的功能,我们应该怎么做呢?
注意小短手!
首先,很明显的,根据已经发现的化石,霸王龙的前肢确实非常短小(相对其他兽脚类恐龙)。根据化石的其他特征,很明显,霸王龙是一种肉食动物。在1905年Osborn命名霸王龙时就认为它是一种捕食生活的动物,但不久,1917年Lambe就提出霸王龙可能是一种食腐动物(scavenger),这一观点在1993年又被Horner和Lessem重新提出。但是现在,学界大部分(说主流可能有点过了)观点还是支持霸王龙拥有活跃捕食行为(注意,没有说完全不食腐,有肉为啥不吃)。而且具体怎么捕食还有争论。至于很多人关心的最大咬合力(或者战斗力→_→),去看看文献就知道最后的结果方差有多大了,能差两个数量级,在现有的技术手段下讨论没太大意义。
那么如果大家同意霸王龙时活跃的捕食者(不同意的跳过这一段),它极度短小的前肢是用来干什么的呢?这是一个典型的形态功能学问题,通过形态来推测可能的功能,也是古生物研究中常见的问题。Carpenter在2002年的论文中指出所有的兽脚类恐龙都无法把前肢伸到嘴巴前面,所以似乎不太应该考虑类似我们进食时候递食物的这个功能。
由上往下,恐爪龙,异特龙,霸王龙
但是包括Carpenter本人在内的一批学者都认为尽管尺寸短小,但霸王龙的前肢依然非常强壮。然后大量具有病理学特征的化石也验证了霸王龙拥有相当活跃的生活方式。具体对单个骨头的研究这里就不展开了。感兴趣的可以参考下面几篇论文:Introduction to Evolutionary Teratology, with an Application to the Forelimbs of Tyrannosauridae and Carnotaurinae (Dinosauria: Theropoda)
link.springer.co
形态功能学中一种常用的方法叫做“有限元分析”,这个方法工程领域的同学应该比较熟悉。像估计霸王龙的最大咬合力就是通过这种方法做的。但是把有限元运用到化石上有若干问题:
- 化石经常不是完整的,而且保存过程会带来变形,另外霸王龙的化石很少
- 化石代表硬骨组织,真实情况要考虑肌肉和软骨,模拟中很难做到
- 有限元分析方法本身有误差
即使我们尽量地克服这些问题,还有一个更根本的问题。前肢这个东西它可能不止一个功能,或者反过来说,不同功能的前肢之间的区别可能不会太大。我举一个不太恰当的例子,我们把跑步运动员,游泳运动员和爬树运动员的前肢拿来分析,骨头上可能不会有太大的差异。也就是说单单从化石出发去推断某种功能,结果可能会非常不准确。另外,霸王龙的前肢高度特化,不仅仅非常短小,而且只有两个手指,能够用来对比的生物很少。
综上,就像很多的古生物问题一样,在找到保存非常完好的化石或者方法进步前,我们的答案都是“不知道”。反正说“不知道”也不丢人,不知道还要强答才丢人呢
。
因为它们加入了光荣的进化!
马的祖先是生活在丛林里的,丛林里复杂的地形使得其进化出了类似于食肉目动物的爪结构。后来随着环境干燥,丛林变草原地形变开阔了,高速奔跑便是主要需求。中趾发达的结构式有助于高速奔跑的,于是马在这条路上越走越远,结果中指太发达了,其他的趾变没了,这就是特化!
这是食草动物的一个典型的特化,但我们的主要论据不是它,而是一种生猛的食肉动物,猛到灭绝的掠食者。它就是——剑齿虎!(掌声)
不用多说也知道吧,一对极度发达的犬齿就是它特化的部位,也是当时食草动物的梦魇。(如图)
有人会问:这种东西和老虎差不多,又比现代老虎多一对这么猛的武器,太变态了吧!
实际上剑齿虎作为进化树上最为特化的一支,它和现代虎有比较大的区别,下面放出剑齿虎的骨架与现代孟加拉虎的骨架来看看
两者都是典型的食肉目猫科动物,但从生理结构上来看,有很大区别
- 剑齿虎的后肢相对于孟加拉虎要短
- 剑齿虎的尾的长度相对于孟加拉虎要短
(本人对动物的比较解剖学不太熟悉,只是凭一点浅薄的知识比较,如果还有其他相关特征对比还望大佬赐教)
后肢是奔跑速度的重要因素,这就说明了剑齿虎的奔跑速度是不及孟加拉虎的。而尾部是动物奔跑时转向的重要辅助工具(猎豹就有很长的尾部,方便其在高速奔跑时灵活转向),这也可以看出剑齿虎的奔跑能力相对较弱。综合以上因素可以看出剑齿虎是不适合奔跑并追捕猎物的,它只有靠偷袭并尽快完成击杀来捕食。
这就是剑齿虎特化犬齿的原因,它就是靠偷袭那些大型的速度不快的猎物,而一对大型犬齿一口咬穿猎物喉管就是最好的秒杀手段。
而且剑齿虎还有其他缺陷
所谓“成也萧何败也萧何”,对剑齿虎而言就是成也长牙败也长牙
牙越长,要咬东西嘴就需要张得越大,剑齿虎的嘴需要能张得比现存的猫科动物都大得多才能咬到东西。但是,肌肉的伸展长度是有限的,嘴张得很大,肌肉长在颌的前部就会过度拉伸,不现实;如果都靠着颌的后部,肌肉就会比较少,咬力就会比较小。
有个大佬:丹麦奥尔堡大学生物学家克里斯蒂安森(Per Christiansen)研究了这种生物。克里斯蒂安森主要的研究对象是著名的刃齿虎(Smilodon),就是动画片《冰河时代》里出现的那种剑齿虎。
没错,就是它!
它是剑齿虎家族中最后灭绝的一种,也是所有剑齿虎里最大的一种,专门猎杀野牛、大地懒之类的大型猎物。之前的研究认为,因为剑齿虎张嘴过大,所以它们的咬力比现在的大型猫科动物要弱。克里斯蒂安森同意这种说法。但他认为,剑齿虎嘴巴咬合的力量仍然够大,因为咬力并不光是靠嘴上的肌肉。还要靠颈部肌肉发力。
想象一下你在啃鸡腿时因为你的咬合肌不够发达,你必须将头猛地向下压才能啃下肉,吃相应该不好看吧……(ps.现在狮虎之类的大型猫科动物都会咬住猎物的喉咙一分钟以上,让猎物窒息而死,但刃齿虎不会这样做,因为它们的颌部肌肉力量不足。)
所以说进化就像游戏里的点技能点,你的点数是有限的,你点了某方面,另一方面的点数就少了,而你疯狂给某一个系加点(特化),就会有个系点数不足,就会较弱。怎么加点才能在环境中繁衍下去就需要策略,用生态学的一个概念来说就是生存策略,生存策略有几种,在此不赘述,有兴趣可以百度。
我们人类也是这样,我们特化了大脑,在智力系(姑且这么叫)点满了,比地球上任何其他生物都加的多,回报显而易见。但人类在其他方面就十分弱鸡了:跑不动,飞不了,生地慢,容易病……这也是一种平衡。而且某些加点是矛盾的,拿个成语来说——“如虎添翼”。虎作为顶尖捕食者,体型力量是必须的,而体型大了,重量也会增长,密度也会变大,就飞不起来了,所以是矛盾的。(鸟类的生理结构也表明了其在减重方面下了血本,在此就不细说了)
所以天理恢恢,挂B是不存在的
于是呢我们可以看出,霸王龙特化了它的颌部,同时后肢与尾部也很发达,猎捕能力超群。总要平衡呀!于是……
手手就成了牺牲品
閱讀更多 威斯敏斯特東 的文章