英國女子在海灘上收集貝類做晚餐，意外發現1.75億年前恐龍腳印化石

作者|唐鳳

白堊紀時期，有多少霸王龍在北美遊蕩？

這是困擾Charles Marshall多年的問題，直到他和學生找到了答案。

4月16日，發表在《科學》上的這項新研究發現，大約有2萬頭成年霸王龍生活在同一個時間點。

美國加州大學古生物博物館館長、加州大學伯克利分校綜合生物學和地球與行星科學教授Marshall說，這意味着，在250萬年裏，約有25億隻霸王龍活着或死去。

“我認爲該結果有高準確度，但精確度低。我們努力確保所有輸入變量的真實性，我認爲在這方面做得很成功。”Marshall在接受《中國科學報》採訪時說。

不可能的計算

傳統意義上的恐龍大約出現在三疊紀中期，至侏羅紀和白堊紀時期非常繁榮，但到白堊紀末期突然全部消失。

它們在地球上大約繁衍了1.6億到1.7億年。

直到現在，還沒有人能夠計算出早已滅絕動物的數量。

上世紀最有影響的古生物學家之一George Gaylord Simpson認爲這是不可能的。

“他那時能獲取的信息比我們現在要少得多。當時人們無法估計化石動物在死亡時的種羣數量和年齡，而我們現在能夠獲得這些數據，並結合得出恐龍生長和存活曲線。”Marshall說，“我們也有氣候模型，可以預測恐龍生活在哪裏，那裏有沒有合適的岩石（可供分析）。我們還有非常多的化石。”

實際上，他也驚訝於這樣的計算是可能的。

爲什麼要數恐龍呢？好奇絕對不是唯一的原因。

“因爲我們對恐龍着迷，想看看對過去到底瞭解多少。而且，它還將幫助我們估計物種是如何在化石記錄中消失的。”Marshall說。

這個項目剛開始時可能只是“靈光一閃”。

“我拿着一塊化石，不禁感嘆，這種動物生活在幾百萬年前，而我現在拿着它的一塊骨頭——這似乎令人難以置信。一個念頭撞進了我的腦子，‘這概率是多少，千分之一、百萬分之一，甚至十億分之一嗎？’”

Marshall說，“然後我意識到，也許可以估計那時恐龍的丰度怎樣。”

從不確定中尋找確定

實際上，Marshall團隊的估計結果面臨極大的不確定性。

“正如Simpson觀察到的，很難用化石記錄做定量估計。”

Marshall說，“我們專注於爲需要進行計算的變量設置有效的約束條件，而不是做出最佳估計。”

隨後，Marshall團隊使用蒙特卡羅計算機模擬，測量了數據中的不確定性如何轉化爲結果中的不確定性。

研究人員表示，這些數字中最大的不確定性集中在恐龍的確切性質上，包括霸王龍的血有多溫熱。

他們主要依據加州大學聖塔芭芭拉分校John Damuth發表的數據——將活體動物的體重與種羣密度聯繫起來，這一關係被稱爲達姆斯定律。

Damuth也承認，雖然這種關聯很緊密，但生態差異會導致具有相同生理和生態位的動物的種羣密度有巨大變化。

例如，美洲虎和鬣狗的體形差不多，但鬣狗密度是美洲虎的50倍。

於是，Marshall選擇將霸王龍視爲一種能量需求介於獅子和地球上最大蜥蜴科莫多龍之間的食肉動物。

同時，Marshall團隊忽略了幼年霸王龍——它們在化石記錄中佔比不足，而且可能與成年霸王龍分開生活，追逐不同的獵物。

研究人員認爲，當進入成熟期後，霸王龍的下顎會強大一個數量級，並能夠咬碎骨頭。

這表明它們在幼年和成年時期喫的是不同食物，因此幾乎是不同的捕食者。

這種可能性得到了新墨西哥大學進化生物學家Felicia Smith最近的一項研究的支持。

該研究假設，在白堊紀晚期，中型食肉恐龍並不多，這是因爲大型食肉恐龍的幼崽、青少年和亞成體都盤踞在這些生態位。

相關論文日前刊登於《科學》。

研究人員估計霸王龍性成熟的可能年齡爲15.5歲，最長壽命可能是20多歲，成年後的平均體重（所謂的生態體重）約爲5200公斤。

他們還使用了霸王龍成長速度的數據：在性成熟前後有一個快速成長階段，可以長到大約7000公斤重。

根據這些估計，科學家計算出，每一代恐龍持續約19年，平均種羣密度爲每100平方公里有1只恐龍。

然後，他們估計霸王龍的總地理範圍約爲230萬平方公里，而且存活了大約250萬年，“常住民”規模爲2萬。它一共生活了大約12.7萬代，也就是總共有25億個體。

骨頭去哪兒了

歷史上有如此多的霸王龍，更不用說幼年個體的數量可能更多，那麼，它們的骨頭都去哪兒了？到目前爲止，古生物學家只發現了不到100只霸王龍，其中很多都只有一塊骨頭化石。

“如今，公共博物館裏大約有32只保存相對完好的成年霸王龍。”

Marshall說，“其在所有霸王龍成年個體中佔的比例，約爲8000萬分之一。”

“如果我們將化石回收率分析限制在霸王龍化石最常見的地方，即蒙大拿州黑爾克里克地層的部分區域，估計已經發現了大約1 / 16000的霸王龍。”

他補充道，“我們對這個數字感到驚訝，這個化石記錄比我最初猜測的要更具代表性。但這種動物的種羣密度存在不確定性，這一比例可能高達千分之一，也可能低至25萬分之一。”

Marshall預計同行會對大部分數字吹毛求疵，但他相信估算滅絕物種數量的計算框架是可行的，並且對估算其他化石生物的數量也有用。

“在某種程度上，這是一項古生物學研究，研究我們能知道多少，以及如何知道。”

他說，研究人員以計算機代碼形式提供的這個框架，也爲估算古生物學家在挖掘化石時可能遺漏了多少物種奠定了基礎。

“有了這些數字，我們就可以開始估計，在化石記錄中，可能會丟失多少短命的、地理專門化的物種。”

他說，“這可能是一種開始量化我們不知道的東西的方式。”