恐龍掌控地球的秘密武器

我們都聽過關於恐龍如何死亡的理論，但牠們一開始如何能主宰地球這麼長的時間？（提示：和大小、速度、或驚人的羽毛無關。）古生物學家艾瑪·薩克納帶大家回溯到恐龍絕種的兩億年前，探究恐龍的歷史。

我們都聽過恐龍是怎麼滅絕的。

我要告訴各位的故事

發生的時間至少在
恐龍絕種前兩億年。

故事開始於最早的時期，

恐龍剛剛發跡時。

演化生物學中最大的謎題之一

就是為什麼恐龍能如此成功。

是什麼讓牠們能
主宰全球這麼多年？

談到為什麼恐龍如此了不起時，

通常大家會想到最大或最小的恐龍，

或者哪種恐龍最快，或羽毛最多，

或者最可笑的裝甲、尖刺，或牙齒。

但也許，答案和牠們的
內部解剖結構有關——

可以說是一種秘密武器。

我和我同事認為
關鍵在牠們的肺部。

我是古生物學家，
也是比較解剖學家，

我感興趣的是了解

特殊化的恐龍肺部
如何協助牠們掌管地球。

所以，我們要回到超過兩億年前，

三疊紀時期。

當時的環境非常嚴酷，

沒有會開花的植物，

這就表示也沒有草。

想像一片滿是松樹
和蕨類植物的地景，

同時，還有小型蜥蜴、

哺乳類動物、昆蟲，

還有肉食性和草食性的爬蟲類——

全都要競爭搶奪同樣的資源。

對這個故事很重要的一點是

估計當時的氧含量只有 15% 這麼低，

相對之下，現今是 21%。

所以，很重要的是，恐龍要能夠

在這種低氧的環境中呼吸，

不僅要能生存，

還要能茁壯和產生多樣性。

那麼，我們要怎麼知道
恐龍的肺部是什麼樣子，

畢竟恐龍留下來的部分
通常都只是骨骼的化石？

我們用的方法叫做
「延伸親緣包圍法」。

這是種很炫的說法，其實意思
就是我們會去研究解剖結構——

在這個例子中，
是研究肺部和骨骼——

從恐龍的演化樹上找出
現存的後裔來當研究對象。

所以，我們會研究
鳥類的解剖結構，

鳥類是恐龍的直屬後裔，

我們會去研究鱷魚類
動物的解剖結構，

牠們是恐龍最近的活親戚，

接著，我們會研究
蜥蜴和烏龜的解剖結構，

我們可以把牠們視為恐龍的表親。

接著，我們把這些解剖學
資料套用到化石記錄上，

然後，我們就可以依此
重新建造出恐龍的肺部。

在這個特殊的例子中，

恐龍的骨骼最接近現代鳥類。

因為，在這個時期，
恐龍要和早期的哺乳類競爭，

很重要的是要了解
哺乳類肺部的基本藍圖。

此外，為了讓各位
對肺部有一般性的了解，

我們要用我的狗，
特洛伊的米拉（標誌），

牠的臉出現在一千種
市面上的零食上，

用牠來當我們的模型。

（笑聲）

這個故事發生在胸腔內。

請各位視覺化想像狗的胸廓。

想想看牠的脊柱

完全和地面呈水平。

在我們等下要談的所有動物身上，
脊柱都是這個樣子的，

不論是用兩隻腳或四隻腳走路。

現在，請各位爬入
想像的胸廓中，向上看。

這是胸腔的頂部。

肺部的上表面會直接接觸到

肋骨和脊椎骨的這個地方。

我們的故事就始於這個交界面。

現在，請各位視覺化想像狗的肺部。

它的外部就像是一個
巨大的可充氣袋子，

在吸氣時，袋子的各部分都會擴張，

在吐氣時會收縮。

袋子內部，有一連串分歧的管子，

這些管子叫做支氣管樹。

吸入的氧氣

最終會被這些管子送到肺泡。

它們會透過擴散的方式，
穿過薄膜進入血液中。

這部分十分關鍵。

哺乳類的整個肺部都是移動式的。

意思就是，在整個
呼吸過程中它都在動，

因此，這片薄膜：血液－氣體屏障，

不能太薄，不然就會破裂。

請記著這片血液－氣體屏障，
我們等下會再談到它。

各位還在吧？

因為我們要開始談鳥類，
這部分會很讓人抓狂。

所以，坐穩了。

（笑聲）

鳥類和哺乳類完全不同。

而我們要用鳥類來當模型，

重新建造出恐龍的肺部。

在鳥類體內，

空氣會穿過肺部，
但肺部不會擴張或收縮。

肺部不會動，

它的材質就像是密實的海綿，

它沒有彈性，

且被胸廓從上方和側邊
固定在一個位置，

底部則是被一片水平的薄膜固定。

接著，它會單方向通氣，

方式是透過支氣管樹分枝出來的

一連串彈性袋狀結構，

這些結構在肺部外面，叫做氣囊。

這整個非常精緻的機構，

被一組交叉的肋骨固定住，

這些肋骨全都沿著胸腔頂部排列。

在許多鳥類物種當中，

肺部和氣囊會產生出延伸物，

它們會入侵到骨骼組織——

通常是脊椎，有時是肋骨——

它們會把呼吸系統固定好。

這就叫做「脊椎氣腔」。

交叉的肋骨和脊椎氣腔

是我們能在化石記錄中
獵尋的兩條線索，

因為這兩項骨骼特性

就代表恐龍的呼吸系統區域

是不會動的。

呼吸系統被固定住，

促使血液－氣體屏障演化，
變得越來越薄，

也就是氧氣擴散到血液中時

要穿過的那層薄膜。

因為這層薄屏障並不堅固，

要系統固定不動才有可能如此，

如果系統會主動通氣，
這片不堅固的屏障就會破裂，

像在哺乳類的肺部一樣。

所以，我們為何要在乎這點？
這有什麼重要的？

氧氣比較容易透過薄膜擴散，

且，

在低氧的條件下，

薄膜是強化呼吸的一種方式——

比如三疊紀時期的條件
就是低氧的條件。

所以，如果恐龍確實有這種肺部，

牠們的呼吸能力
就會比其他動物更好。

包括哺乳類。

各位還記得延伸親緣包圍法嗎？

也就是把現代動物的解剖結構

應用到化石記錄上？

所以，第一條線索是
現代鳥類的交叉肋骨。

我們在大多數的恐龍身上
都找到這條線索。

這就表示，恐龍肺部的上表面

會被固定住，

就像現代鳥類一樣。

第二條線索是脊椎氣腔。

我們在蜥腳下目及獸腳亞目
恐龍身上都有找到，

這些恐龍包括了掠食性恐龍，

並導致現代鳥類的出現。

雖然我們沒有找到恐龍的
肺組織化石來當作證據，

脊椎氣腔給我們證據證明

這些動物活著的時候肺部如何運作。

肺部組織或氣囊組織在入侵脊椎，

掏空它們，就像現代鳥類一樣，

把呼吸系統區域固定住，

讓它們無法動彈。

交叉的肋骨

再加上脊椎氣腔

可以創造出不會動的堅硬框架，

把呼吸系統固定好，

因而能夠演化出超級薄、

超級細緻的血液－氣體屏障，

也就是現代鳥類體內的那種。

證明恐龍具有被束縛的肺部，

就意味著牠們有能力
可以讓肺部演化，

讓他們能夠在三疊紀時代的

低氧大氣中呼吸。

恐龍體內這種堅硬的骨骼結構

讓牠們在適應上比其他動物

（特別是哺乳類）有明顯優勢，

其他動物的肺部有彈性，

無法適應三疊紀時代的低氧大氣。

這項解剖結構可能是
恐龍的秘密武器，

讓牠們比其他動物更有優勢。

這也讓我們有很好的基礎，

可以開始測試恐龍多樣化的假設。

這個故事講的是恐龍的起源，

就我們對這個主題的研究而言，
這個故事只是個開端而已。

謝謝。

（掌聲）