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← 让恐龙称霸地球的秘密武器

我们都听说过恐龙是如何灭绝的,但是它们如何可以多年称霸地球?(其实和它们的体型,速度,铠甲尖刺,羽翼都没有关系。)一起和古生物学家艾玛·沙赫纳(Emma Schachner) 穿越到两亿年前,看一看恐龙的历史。

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Showing Revision 22 created 02/19/2020 by Jin Ge.

  1. 我们都听说过恐龙是如何灭绝的。
  2. 我接下来要讲的故事
  3. 发生在超过两亿年前
    恐龙还未灭绝的时候。
  4. 这个故事要从头开始,
  5. 那时恐龙刚刚开始繁衍。
  6. 进化生物学最大的谜团之一
  7. 就是恐龙为什么那么成功。
  8. 它们如何在地球上称霸多年?
  9. 当人们感叹恐龙的神奇时,
  10. 他们通常会联想到
    体型最大或最小的恐龙,
  11. 或是速度最快的,
  12. 或是羽翼最丰满的,
  13. 有着最奇异的铠甲,尖刺或利齿的。
  14. 但是答案也许是它们的身体结构——
  15. 这种所谓的秘密武器。
  16. 我和同事们都认为是它们的肺。
  17. 我是一名古生物学家
    也是一名比较解剖学家,

  18. 我十分想了解恐龙如何用
  19. 它们特殊的肺来称霸地球。
  20. 我们现在要倒退到两亿年前的
  21. 三叠纪时代。
  22. 那里的环境十分严酷,
  23. 没有开花的植物,
  24. 也就意味着没有草。
  25. 想象一片只有松树和蕨类的土地。
  26. 同时,还有小型蜥蜴,
  27. 哺乳动物,昆虫,
  28. 而且还有食肉和食草
    的爬虫类动物——
  29. 都在为相同的资源而竞争。
  30. 这个故事还有重要的一点,

  31. 就是当时的大气层中
    的氧气含量只有 15%,
  32. 现在则是 21%。
  33. 所以对恐龙来说,
    在这种低氧环境中呼吸
  34. 是至关重要的,
  35. 不仅仅为了生存,
  36. 还要能繁衍和多样化。
  37. 那我们是如何知道
    恐龙的肺长什么样子呢?

  38. 它们遗留下来的只有化石骨架了。
  39. 我们采用的方法
    是“现存系统发育分组”。
  40. 这只是一个专业名词,
    意思是我们研究的生物结构——
  41. 在这个例子中,尤其是肺和骨架——
  42. 来自于恐龙在进化树中现存的后裔。
  43. 于是我们会研究鸟类的生物结构,
  44. 也就是恐龙的直接后代,
  45. 我们还会研究鳄鱼,
  46. 它们是恐龙最近的亲戚,
  47. 还有蜥蜴和龟类,
  48. 它们也算是恐龙的表兄弟。
  49. 然后我们把这些生物结构数据
    应用到化石记录中,
  50. 这样我们就可以重建恐龙的肺结构。
  51. 在这个例子中,
  52. 恐龙的骨架和鸟类最相似。
  53. 因为在远古时代
    恐龙曾和哺乳动物竞争,

  54. 那么了解哺乳动物
    的肺结构就尤为重要。
  55. 为了让你们重新熟悉肺结构,
  56. 我就用我的狗狗米拉——
  57. 它可爱到可以骗取无数零食——
  58. 来做模型。
  59. (笑声)

  60. 我们先来看看胸腔结构。

  61. 我想让你们先想象一下
    一只狗的肋骨。
  62. 设想脊椎和脊柱
  63. 是和地面平行的。
  64. 我们接下来要讲的
    所有动物的脊椎脊柱
  65. 和这个是一样的,
  66. 无论是两条腿走路的
  67. 还是四条腿。
  68. 想象我们在胸腔内部,
    然后朝上看。

  69. 那是我们的胸椎顶部。
  70. 在这里我们的肺的最上部
    会和肋骨,脊椎
  71. 有直接接触。
  72. 这个界面就是我们要讨论的地方。
  73. 现在你们可以想象一只狗的肺。
  74. 在外面看似一个巨大的充气袋子,
  75. 吸气时会膨胀,
  76. 呼气时会收缩。
  77. 在袋子里面有一系列的分支气管,
  78. 这些气管叫做支气管树。
  79. 这些气管把吸入的氧气运送到肺泡。
  80. 氧气再穿过一层薄膜
    扩散进入血流。
  81. 这一步很关键。

  82. 哺乳类动物的整个肺是可移动的。
  83. 这意味着在整个呼吸过程中
    它都在移动,
  84. 所以那层血气屏障
  85. 如果太薄的话容易破损。
  86. 我们等会儿还要回到那层薄膜。
  87. 你们还跟得上吗?

  88. 我们现在开始要讲鸟类了,
  89. 准备好。
  90. (笑声)
  91. 鸟类和哺乳类动物完全不一样。
  92. 我们要用鸟类作为模型来
  93. 重造恐龙的肺。
  94. 在鸟类中,

  95. 空气通过肺,
    但是肺部并不会膨胀或收缩,
  96. 它们的肺是无法移动的,
  97. 质地和一块厚海绵一样,
  98. 在肋骨的顶部和侧面都有连接,
    还有底部水平的薄膜,
  99. 导致肺无法移动。
  100. 有一系列灵活的袋状结构
  101. 为它们的肺提供单向通风,
  102. 这些结构从支气管树延伸
  103. 到肺部的外面,
  104. 它们叫做气囊。
  105. 这个错综复杂的结构沿胸腔顶部

  106. 被一系列
  107. 分叉的肋骨锁定到位。
  108. 而且,在许多鸟类体内,
  109. 肺部上方以及气囊包含
  110. 的延伸的结构
  111. 会扩张到骨骼组织中——
  112. 通常是椎骨,有时是肋骨——
  113. 它们让整个呼吸系统得到固定。
  114. 这个结构叫做“椎体气动性”。
  115. 这些分叉的肋骨和椎体气动性
  116. 是两个在化石中有迹可循的线索,
  117. 因为这两个骨骼特征
  118. 表明恐龙的呼吸系统
  119. 也是不可移动的。
  120. 呼吸系统的不可移动性

  121. 推动了血气屏障——
    也就是那层协助氧气
  122. 扩散到血液中的薄膜——
    朝着变薄的方向进化。
  123. 肺的不可移动性可以使
    那层薄膜变得脆弱,
  124. 那层薄膜在十分通风的情况下
    很容易破裂,
  125. 就像哺乳类动物的肺
    所处的环境一样。
  126. 我们为什么要关心这个呢?

  127. 有什么意义吗?
  128. 氧气更容易通过薄膜扩散,
  129. 薄膜是在低氧环境下
  130. 提高呼吸率的一种办法——
  131. 比如三叠纪的低氧环境中。
  132. 如果恐龙的确有这种肺结构,
  133. 它们就比别的动物
    具备更好的呼吸系统,
  134. 包括哺乳动物。
  135. 你们还记得现存系统发育分组法吗?

  136. 也就是我们用现代动物的构造
  137. 来应用到化石记录中。
  138. 线索一就是现代鸟类的分叉的肋骨。
  139. 这一点在几乎所有恐龙中都可以找到。
  140. 这意味着恐龙的肺的顶部
  141. 是锁定到位的,
  142. 就像现存的鸟类一样。
  143. 线索二是椎体气动性。

  144. 我们在蜥脚类恐龙和兽脚类恐龙,
  145. 也就是掠食性恐龙中,
    都可以找到,
  146. 它们也就是现代鸟类的祖先。
  147. 虽然我们没有恐龙的肺化石,
  148. 但椎体气动性可以告诉我们
    恐龙存活时
  149. 肺的大致功能。
  150. 肺组织和气囊组织侵入椎骨中,
  151. 使其变成空心,就如现代鸟类一样,
  152. 使部分呼吸系统锁定在位,
  153. 让肺无法移动。
  154. 分叉的肋骨
  155. 和椎体气动性一起
  156. 创造了一个无法移动的,
    坚硬的构架,
  157. 把整个呼吸系统锁定到位,
  158. 使得我们今天在现代鸟类身上
    看到的超薄、超脆弱
  159. 的血气屏障得以进化。
  160. 恐龙有不可移动肺的证据

  161. 意味着它们可以演化出一个
  162. 能在低氧环境中呼吸的肺,
  163. 让它们在三叠纪大气层中得以存活。
  164. 这样的肺结构使它们
  165. 与其他动物,尤其是哺乳类动物相比,
    有巨大的适应性优势,
  166. 因为其他动物可移动的肺
  167. 无法适应三叠纪的低氧环境。
  168. 这样的生物结构也许
    就是恐龙的秘密武器,
  169. 可以带给它们巨大的生存优势。
  170. 这也为我们去测试恐龙多样化
  171. 的假设提供了良好的基石。
  172. 这就是恐龙生存繁衍的故事,

  173. 也只是我们在这一领域研究的开端。
  174. 谢谢。

  175. (掌声)