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霸王龍在白堊紀(jì)海岸徘徊。圖片來源：Julius Csotonyi/Science

■本報記者 唐鳳

白堊紀(jì)時期，有多少霸王龍在北美游蕩？

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

4月16日，發(fā)表在《科學(xué)》上的這項新研究發(fā)現(xiàn)，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(xué)古生物博物館館長、加州大學(xué)伯克利分校綜合生物學(xué)和地球與行星科學(xué)教授Marshall說，這意味著，在250萬年里，約有25億只霸王龍活著或死去。

“我認(rèn)為該結(jié)果有高準(zhǔn)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(rèn)為在這方面做得很成功。”Marshall在接受《中國科學(xué)報》采訪時說。

不可能的計算

傳統(tǒng)意義上的恐龍大約出現(xiàn)在三疊紀(jì)中期，至侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)時期非常繁榮，但到白堊紀(jì)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(xiàn)在，還沒有人能夠計算出早已滅絕動物的數(shù)量。上世紀(jì)最有影響的古生物學(xué)家之一George Gaylord Simpson認(rèn)為這是不可能的。

“他那時能獲取的信息比我們現(xiàn)在要少得多。當(dāng)時人們無法估計化石動物在死亡時的種群數(shù)量和年齡，而我們現(xiàn)在能夠獲得這些數(shù)據(jù)，并結(jié)合得出恐龍生長和存活曲線?！盡arshall說，“我們也有氣候模型，可以預(yù)測恐龍生活在哪里，那里有沒有合適的巖石（可供分析）。我們還有非常多的化石?！?/p>

實際上，他也驚訝于這樣的計算是可能的。

為什么要數(shù)恐龍呢？好奇絕對不是唯一的原因。

“因為我們對恐龍著迷，想看看對過去到底了解多少。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”。

“我拿著一塊化石，不禁感嘆，這種動物生活在幾百萬年前，而我現(xiàn)在拿著它的一塊骨頭——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，“然后我意識到，也許可以估計那時恐龍的豐度怎樣?！?/p>

從不確定中尋找確定

實際上，Marshall團隊的估計結(jié)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?！盡arshall說，“我們專注于為需要進行計算的變量設(shè)置有效的約束條件，而不是做出最佳估計?！?/p>

隨后，Marshall團隊使用蒙特卡羅計算機模擬，測量了數(shù)據(jù)中的不確定性如何轉(zhuǎn)化為結(jié)果中的不確定性。

研究人員表示，這些數(shù)字中最大的不確定性集中在恐龍的確切性質(zhì)上，包括霸王龍的血有多溫?zé)帷Ｋ麄冎饕罁?jù)加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校John Damuth發(fā)表的數(shù)據(jù)——將活體動物的體重與種群密度聯(lián)系起來，這一關(guān)系被稱為達姆斯定律。

Damuth也承認(rèn)，雖然這種關(guān)聯(lián)很緊密，但生態(tài)差異會導(dǎo)致具有相同生理和生態(tài)位的動物的種群密度有巨大變化。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。

于是，Marshall選擇將霸王龍視為一種能量需求介于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——它們在化石記錄中占比不足，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(rèn)為，當(dāng)進入成熟期后，霸王龍的下顎會強大一個數(shù)量級，并能夠咬碎骨頭。這表明它們在幼年和成年時期吃的是不同食物，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(xué)進化生物學(xué)家Felicia Smith最近的一項研究的支持。該研究假設(shè)，在白堊紀(jì)晚期，中型食肉恐龍并不多，這是因為大型食肉恐龍的幼崽、青少年和亞成體都盤踞在這些生態(tài)位。相關(guān)論文日前刊登于《科學(xué)》。

研究人員估計霸王龍性成熟的可能年齡為15.5歲，最長壽命可能是20多歲，成年后的平均體重（所謂的生態(tài)體重）約為5200公斤。他們還使用了霸王龍成長速度的數(shù)據(jù)：在性成熟前后有一個快速成長階段，可以長到大約7000公斤重。根據(jù)這些估計，科學(xué)家計算出，每一代恐龍持續(xù)約19年，平均種群密度為每100平方公里有1只恐龍。

然后，他們估計霸王龍的總地理范圍約為230萬平方公里，而且存活了大約250萬年，“常住民”規(guī)模為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(shù)量可能更多，那么，它們的骨頭都去哪兒了？到目前為止，古生物學(xué)家只發(fā)現(xiàn)了不到100只霸王龍，其中很多都只有一塊骨頭化石。

“如今，公共博物館里大約有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占的比例，約為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(qū)域，估計已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大約1 / 16000的霸王龍。”他補充道，“我們對這個數(shù)字感到驚訝，這個化石記錄比我最初猜測的要更具代表性。但這種動物的種群密度存在不確定性，這一比例可能高達千分之一，也可能低至25萬分之一?！?/p>

Marshall預(yù)計同行會對大部分?jǐn)?shù)字吹毛求疵，但他相信估算滅絕物種數(shù)量的計算框架是可行的，并且對估算其他化石生物的數(shù)量也有用。

“在某種程度上，這是一項古生物學(xué)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，也為估算古生物學(xué)家在挖掘化石時可能遺漏了多少物種奠定了基礎(chǔ)。

“有了這些數(shù)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?！彼f，“這可能是一種開始量化我們不知道的東西的方式?！?/p>

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.abc8300

https://doi.org/10.1126/science.abd9220