秦子川

穿越時(shí)光的“溫度計(jì)”

科學(xué)家依靠的是δ47碳氧同位素團(tuán)簇溫度計(jì)。這不是一種實(shí)體溫度計(jì)，而是一種地球化學(xué)研究方法。

同位素是指具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的同一元素的不同核素。同位素分為穩(wěn)定同位素和放射性同位素。任何元素及其同位素都有固定的半衰期，放射性同位素是指那些半衰期較短（<1050a），原子核不穩(wěn)定的同位素。穩(wěn)定同位素則往往相反，具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)半衰期，相互之間往往只體現(xiàn)出質(zhì)量數(shù)上的差異，由此導(dǎo)致物理、化學(xué)性質(zhì)具有極其輕微的差異。

而不同溫度條件下，同位素“跑”的速度都不相同?；谶@種原理，如果我們知道了某個(gè)環(huán)境下輕的同位素和重的同位素分布的差異，也就是分餾的結(jié)果，就可以反推出這個(gè)環(huán)境的溫度情況了。

威力加強(qiáng)版溫度計(jì)測(cè)到恐龍牙齒溫度

動(dòng)物體內(nèi)氧元素的來源就是呼吸作用和飲用水。但不同溫度、不同地區(qū)，不同高度的氧同位素組成本身就有差異。動(dòng)物喝的水里面氧同位素比例也有區(qū)別。還要考慮到相當(dāng)多的植食性動(dòng)物攝入水分來自進(jìn)食的植物，植物本身又對(duì)氧同位素有自己的分餾作用。所以，雖然有一些基于氧同位素溫度計(jì)還原古生物體溫的研究，甚至恐龍當(dāng)中也有涉及，但由于上述不確定性，一直不能算直接證據(jù)。雖然有些結(jié)果，但未被廣泛承認(rèn)。

幸運(yùn)的是，δ47碳氧同位素團(tuán)簇溫度計(jì)技術(shù)的發(fā)展，讓古生物學(xué)家看到了新的曙光。δ47碳氧同位素團(tuán)簇溫度計(jì)是基于碳的重同位素碳13和氧的重同位素氧18之間結(jié)合的程度，來推斷碳氧化學(xué)鍵生成的時(shí)候化學(xué)反應(yīng)周遭的溫度。也就是說，可以準(zhǔn)確測(cè)算礦物形成時(shí)，四周“小區(qū)域”的溫度，而很少受到大環(huán)境影響。

對(duì)于古生物學(xué)家來說，這種方法是革命性的。加州大學(xué)洛杉磯分校的環(huán)境地球化學(xué)學(xué)者羅伯特在2011年，將這種方法應(yīng)用到了恐龍牙齒化石的牙釉質(zhì)當(dāng)中，通過牙齒化石中的碳酸鹽δ47碳氧同位素團(tuán)簇溫度計(jì)來推斷恐龍?bào)w溫。

牙齒到恐龍蛋，哪個(gè)才能測(cè)出恐龍的體溫？

羅伯特的研究論文一經(jīng)發(fā)表就引起了極大的關(guān)注。很多生物學(xué)家從生物的角度對(duì)這個(gè)工作提出了疑問：“牙齒的溫度，真的代表這種動(dòng)物的體溫么？”

通過研究現(xiàn)生動(dòng)物，尤其是大體型動(dòng)物，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，很多動(dòng)物都存在一個(gè)叫做“熱鑲嵌”的生理現(xiàn)象。簡(jiǎn)單來說，動(dòng)物的體溫并不是均勻分布的，可能只是軀干的核心位置溫度較高且恒定，而身體邊邊角角的位置體溫可能相對(duì)更低。而牙齒并不存在于恐龍身體軀干的核心位置（恰恰相反，蜥腳類恐龍脖子很長(zhǎng)，長(zhǎng)在嘴里的牙齒離軀干更遠(yuǎn)），因此測(cè)得的牙齒溫度，只能說是口腔溫度，不能代表恐龍的體溫。

我們知道，恐龍化石保存的都是骨頭，而恐龍?bào)w腔核心部分，也就是恐龍的內(nèi)臟，是沒有化石保存下來的。如果用恐龍的骨骼化石做δ47碳氧同位素團(tuán)簇溫度計(jì)體溫恢復(fù)，得出的結(jié)果會(huì)被永遠(yuǎn)質(zhì)疑不代表恐龍“血肉”的溫度。那怎么辦呢？畢竟恐龍保存下來的都是骨頭，血肉是不能保存的。

羅伯特團(tuán)隊(duì)將實(shí)驗(yàn)材料轉(zhuǎn)向了另一種化石材料——恐龍蛋。為什么是恐龍蛋呢？因?yàn)榈皻け旧淼奶妓徕}是在子宮附近形成并沉積的。而包括子宮、輸卵管在內(nèi)的雌性生殖系統(tǒng)，一般都存在于雌性動(dòng)物體腔內(nèi)最核心的位置。只要測(cè)到了蛋殼的溫度，就能夠推斷出動(dòng)物內(nèi)環(huán)境的溫度。

羅伯特團(tuán)隊(duì)在2015年又報(bào)道了兩類恐龍的體溫。他們的研究發(fā)現(xiàn)，巨型長(zhǎng)頸的蜥腳類恐龍?bào)w溫更高，在35℃到38℃之間，體溫可以與大部分現(xiàn)生的內(nèi)溫性哺乳動(dòng)物相當(dāng)，略低于體溫更高的鳥類。而獸腳類恐龍的體溫要低一些，在32℃左右，在外溫性動(dòng)物體溫的范圍內(nèi)，比典型的內(nèi)溫性動(dòng)物還是要低一些。也就是說，小體型的獸腳類恐龍?bào)w溫低，而大體型的蜥腳類恐龍?bào)w溫高。這似乎印證了之前一些學(xué)者對(duì)恐龍?bào)w溫調(diào)節(jié)方式的判斷——巨溫性（簡(jiǎn)單來說就是因?yàn)轶w型太大，散熱能力較低，所以體溫較高）。

研究進(jìn)一步精進(jìn)

2020年2月14日，來自耶魯大學(xué)和劍橋大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家羅賓·道森和古生物學(xué)家丹尼爾·菲爾德在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表了基于δ47碳氧同位素團(tuán)簇溫度計(jì)方法，對(duì)恐龍內(nèi)溫性這個(gè)問題的最新研究。進(jìn)一步擴(kuò)寬了人類對(duì)恐龍?bào)w溫這個(gè)問題的認(rèn)識(shí)。

在羅賓·道森這篇文章的估計(jì)下：加拿大這一高緯度地區(qū)的獸腳類恐龍——傷齒龍的三個(gè)蛋殼樣品測(cè)出的體溫差距比較大，分別是38℃，27℃和28℃，但都顯著高于環(huán)境溫度，作者認(rèn)為這代表了小型獸腳類恐龍可能是有一定的體溫變化范圍的，但也有相當(dāng)高的體溫自我調(diào)節(jié)能力。

鳥臀類恐龍慈母龍的體溫就要高很多了，無論是否考慮成巖作用影響，它們的體溫估計(jì)都在40℃以上，最高估計(jì)可到44℃，可真是“發(fā)高燒”??！相對(duì)而言，來自羅馬尼亞的侏儒蜥腳類體溫雖然較高，但沒有這么極端，大約在36℃，和人的體溫非常接近。

同時(shí)，羅賓·道森發(fā)現(xiàn)，羅馬尼亞的侏儒蜥腳類的體溫測(cè)算結(jié)果和之前羅伯特團(tuán)隊(duì)對(duì)體型更大的蜥腳類恐龍測(cè)算的體溫結(jié)果差不太多，侏儒蜥腳類和大型蜥腳類體重差了十倍，而體溫卻如此接近，因此她認(rèn)為蜥腳類恐龍不具有“巨溫性”。最起碼可以認(rèn)為在蜥腳類恐龍當(dāng)中，體型和體溫之間關(guān)系并不大。

縱覽現(xiàn)有的所有對(duì)恐龍各個(gè)類群（鳥臀類，蜥腳類和獸腳類）代表的δ47碳氧同位素團(tuán)簇溫度計(jì)體溫估計(jì)，我們可以發(fā)現(xiàn)，雖然恐龍內(nèi)部當(dāng)中體溫有所差異，但都是顯著的高于環(huán)境溫度的。作者整體評(píng)估了恐龍的溫度調(diào)節(jié)能力，認(rèn)為它們應(yīng)該類似現(xiàn)生的中溫性動(dòng)物（能自身產(chǎn)熱維持體溫高于環(huán)境溫度的動(dòng)物），如棱皮龜。系統(tǒng)研究顯示這種能力存在于各個(gè)恐龍演化支系當(dāng)中，也就意味著，這種相對(duì)主動(dòng)和積極的體溫調(diào)節(jié)策略，可能自恐龍的祖先開始，就是恐龍家族的“傳家寶”。也許，這也是它們能夠統(tǒng)治中生代陸地的原因之一。