恐龍時(shí)代體型差異那么大的恐龍都是由同一種恐龍慢慢進(jìn)化出來的嗎?
關(guān)于是否能由同一個(gè)祖先進(jìn)化而來,答案是「可以」。
下面回答主要關(guān)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(shí)代」。提起恐龍,大家最先想起的一個(gè)成語是什么呢?
那一定是「龐然大物」了。
恐龍大家族當(dāng)中,誕生了以蜥腳類恐龍為代表迄今最大的陸地動(dòng)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(gè)子們體重動(dòng)輒十噸以上,而作為對(duì)比,我們當(dāng)今世界上最大的陸地動(dòng)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(shí)代確實(shí)算得上是個(gè)巨獸時(shí)代。
但同時(shí),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(guān)系算不上很遠(yuǎn)暴龍和竊蛋龍?bào)w型差距非常大。實(shí)際上,就是在竊蛋龍類當(dāng)中,最大的竊蛋龍,比如二連巨盜龍?bào)w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(dāng)然,如果我們?cè)贁U(kuò)展一下,算的是包含鳥類的恐龍全群的話,這個(gè)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(dá)百噸量級(jí)。
所以在回答答主的問題之前,首先需要明確這個(gè)問題的假設(shè)是否成立。
恐龍的體型差異真的很大么?
是,也不是。
如果要對(duì)比,我們首先要明確對(duì)比的規(guī)則。在我看來,如果要論證恐龍的體型差異相對(duì)于其他動(dòng)物來說更大,只能在以下兩種思路下對(duì)比。
要么,用某一個(gè)時(shí)間段的恐龍動(dòng)物群體型分布面貌去對(duì)比另一個(gè)時(shí)間段或者節(jié)點(diǎn)的某其他動(dòng)物群的體型分布面貌。
要么,用跨越時(shí)間尺度的全部的恐龍(這樣就必須包括鳥類)去對(duì)比跨域時(shí)間尺度的某類動(dòng)物(哺乳動(dòng)物是個(gè)合適的對(duì)比對(duì)象,因?yàn)槭莻€(gè)單系,并且生存尺度上接近)。
實(shí)際研究當(dāng)中,受限于滅絕物種被發(fā)現(xiàn)的多樣性會(huì)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(dòng)物」、「現(xiàn)生鳥類」等去比。其實(shí)這樣比是有瑕疵的,理論上最合理的比較方法,應(yīng)該是進(jìn)行如下類似比較,「馬素里赫特期恐龍」和「現(xiàn)生哺乳動(dòng)物」。但考慮到滅絕恐龍的概念可以近似理解為從三疊紀(jì)到白堊紀(jì)的一個(gè)平均,加之滅絕動(dòng)物物種數(shù)目本身就少,如果再細(xì)分就很難進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(gè)工作里面對(duì)比「滅絕的恐龍(非鳥恐龍)」和「現(xiàn)生哺乳動(dòng)物」的情況,來討論一下恐龍內(nèi)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(dòng)物這兩者內(nèi)部的體型絕對(duì)差異,也就是兩者內(nèi)部體型極大值和極小值的差值的話。我們可以從上圖兩個(gè)分布的橫軸占據(jù)情況讀出來,非鳥恐龍和現(xiàn)生哺乳動(dòng)物兩者的絕對(duì)體型差異其實(shí)差不多。甚至,最大的現(xiàn)生哺乳動(dòng)物(藍(lán)鯨)和最小的現(xiàn)生哺乳動(dòng)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(jìn)去,讓蜂鳥加進(jìn)去拉低下限,依舊比不過)。
但這個(gè)結(jié)果非常反直覺。沒錯(cuò),很容易就可以找到一種恐龍,它比任何一個(gè)陸生哺乳動(dòng)物都要大,為什么我們會(huì)得到上面的結(jié)果呢?
其實(shí)直覺也可以說是沒有錯(cuò)的。因?yàn)檎嬲绊懳覀兘^對(duì)某類動(dòng)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(jié)合縱軸,就可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)生哺乳動(dòng)物大部的體型大部分集中在 1 克到 1 噸這個(gè)范圍,而恐龍則集中在 1 千克到 10 噸這個(gè)范圍??铸埖钠骄w型,確實(shí)是遠(yuǎn)大于哺乳動(dòng)物的。
但是從人的主觀角度講,我們?yōu)槭裁捶Q呼恐龍時(shí)代為巨獸時(shí)代呢?還有一個(gè)原因是要考慮到我們,作為一種動(dòng)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(dòng)物的分布里面,我們會(huì)發(fā)現(xiàn),一半多的哺乳動(dòng)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(shí)代為巨獸時(shí)代一點(diǎn)問題也沒有。
當(dāng)然,如果我們不是人,而是一群大象或者鯨魚,那我們會(huì)稱呼恐龍時(shí)代為巨獸時(shí)代么?那就好像沒有多大必要了吧?
所以,總結(jié)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(nèi)部的體型差異跟現(xiàn)生哺乳動(dòng)物差不多,相對(duì)于現(xiàn)生的爬行動(dòng)物和兩棲動(dòng)物確實(shí)大一些。但真正有特點(diǎn)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(lǐng)域最火爆的一個(gè)問題。
「恐龍?bào)w型的演化趨勢為什么如此與眾不同?」
很遺憾,這個(gè)問題現(xiàn)在沒有一個(gè)確切的答案。
對(duì)恐龍各個(gè)支系的體型演化研究發(fā)現(xiàn),確實(shí)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(gè)類群,暴龍類,堅(jiān)尾龍類為代表的食肉恐龍,甚至鐮刀龍類、竊蛋龍類等「轉(zhuǎn)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(gè)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(fù)工作,雖然非常的詳細(xì),但目前也剛剛到了向我們展示了「恐龍?bào)w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(duì)整個(gè)恐龍內(nèi)部的體型演化分析工作。這個(gè)工作在恐龍的演化樹上指出了 23 給關(guān)鍵的演化節(jié)點(diǎn),這些節(jié)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)了極高的演化速率,大致可以理解為一次快速的適應(yīng)性輻射。然后他對(duì)比了這 23 個(gè)節(jié)點(diǎn)前后,這些演化支的恐龍?bào)w型究竟是變大了還是變小了。
結(jié)果很有意思,這 23 個(gè)快速演化節(jié)點(diǎn),只有 7 個(gè)演化節(jié)點(diǎn)之后,恐龍的體型是變小了,而剩下的 16 個(gè)都是大型化。而且,這僅有的 7 個(gè)演化節(jié)點(diǎn),兩個(gè)與島嶼小型化有關(guān)(這是一種因?yàn)樯匙冃《w型變小的情況),四個(gè)發(fā)生在虛骨龍類到鳥類的演化歷程當(dāng)中。這樣看起來,恐龍變大的能力很強(qiáng),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(gè)問題呢?截止到目前,針對(duì)恐龍內(nèi)部的某個(gè)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(xué)家們已經(jīng)嘗試從生態(tài)學(xué)、組織學(xué)、個(gè)體發(fā)育學(xué)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(yuǎn)古時(shí)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(duì)恐龍這個(gè)類群來說,最終的答案還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有被發(fā)現(xiàn)。但我相信隨著更多新技術(shù)和方法的應(yīng)用,在這個(gè)重構(gòu)恐龍的新時(shí)代(上個(gè)月的國家地理說的,不同意的話找他們?nèi)ィ?,我們終會(huì)對(duì)這個(gè)問題有個(gè)更清楚的認(rèn)識(shí)。
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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).
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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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