唐鳳

白堊紀(jì)時(shí)期，有多少霸王龍?jiān)诒泵烙问帲窟@是困擾查爾斯·馬歇爾多年的問(wèn)題，直到他和學(xué)生找到了答案——大約有2萬(wàn)頭成年霸王龍生活在同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。

美國(guó)加州大學(xué)古生物博物館館長(zhǎng)、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)教授馬歇爾說(shuō)，這意味著，在250萬(wàn)年里，約有25億只霸王龍?jiān)?jīng)生活在地球上?！拔艺J(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(shí)性，我認(rèn)為在這方面做得很成功。”他說(shuō)。

不可能的計(jì)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(shí)期非常繁榮，但到白堊紀(jì)末期突然全部消失。它們?cè)诘厍蛏戏毖芰?.6億～1.7億年。

此前，還沒(méi)有人能夠計(jì)算出早已滅絕動(dòng)物的數(shù)量。20世紀(jì)最有影響的古生物學(xué)家之一喬治·蓋洛德·辛普森認(rèn)為這是不可能的。

“他那時(shí)能獲取的信息比我們現(xiàn)在要少得多。當(dāng)時(shí)人們無(wú)法估計(jì)化石動(dòng)物在死亡時(shí)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)，并得出恐龍生長(zhǎng)和存活曲線?！瘪R歇爾說(shuō)，“我們也有氣候模型，可以預(yù)測(cè)恐龍生活在哪里。我們還有非常多的化石。”

實(shí)際上，他也驚訝于這樣的計(jì)算是可能的。

為什么要數(shù)恐龍呢？好奇絕對(duì)不是唯一的原因。

“因?yàn)槲覀儗?duì)恐龍著迷，想看看對(duì)過(guò)去到底了解多少。而且，這還將幫助我們估計(jì)物種是如何在化石記錄中消失的?！瘪R歇爾說(shuō)。

這個(gè)項(xiàng)目剛開(kāi)始時(shí)，可能只是“靈光一閃”。

“我拿著一塊化石，不禁感嘆，這種動(dòng)物生活在千百萬(wàn)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(gè)念頭撞進(jìn)了我的腦子，‘這概率是多少，千分之一、百萬(wàn)分之一，甚至十億分之一嗎？’”馬歇爾說(shuō)，“然后我意識(shí)到，也許可以估計(jì)那時(shí)恐龍的豐度怎樣。”

從不確定中尋找確定

實(shí)際上，馬歇爾團(tuán)隊(duì)的估計(jì)結(jié)果面臨極大的不確定性。

“正如辛普森觀察到的，很難用化石記錄做定量估計(jì)?！瘪R歇爾說(shuō)，“我們專注于為需要進(jìn)行計(jì)算的變量設(shè)置有效的約束條件，而不是作出最佳估計(jì)?！?/p>

隨后，馬歇爾團(tuán)隊(duì)使用蒙特卡羅計(jì)算機(jī)模擬，測(cè)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)?。他們主要依?jù)加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校約翰·達(dá)茅斯發(fā)表的數(shù)據(jù)——將活體動(dòng)物的體重與種群密度聯(lián)系起來(lái)，這一關(guān)系被稱為“達(dá)茅斯定律”。

達(dá)茅斯也承認(rèn)，雖然這種關(guān)聯(lián)很緊密，但是生態(tài)差異會(huì)導(dǎo)致具有相同生理和生態(tài)位的動(dòng)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，但鬣狗的密度是美洲虎的50倍。

于是，馬歇爾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(dòng)物。同時(shí)，馬歇爾團(tuán)隊(duì)忽略了幼年霸王龍——它們?cè)诨涗浿姓急炔蛔?，而且可能與成年霸王龍分開(kāi)生活，追逐不同的獵物。研究人員認(rèn)為，當(dāng)進(jìn)入成熟期后，霸王龍的下頜會(huì)強(qiáng)大一個(gè)數(shù)量級(jí)，并能夠咬碎骨頭。這表明它們?cè)谟啄旰统赡陼r(shí)期吃的是不同食物，因此幾乎是不同的捕食者。

這種可能性得到了美國(guó)新墨西哥大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家費(fèi)莉西亞·史密斯的一項(xiàng)最新研究的支持。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?yàn)榇笮褪橙饪铸埖挠揍?、亞成體都盤踞在這些生態(tài)位。

研究人員估計(jì)，霸王龍性成熟的可能年齡為15.5歲，最長(zhǎng)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5200千克。他們還使用了霸王龍成長(zhǎng)速度的數(shù)據(jù)：在性成熟前后有一個(gè)快速成長(zhǎng)階段，可以長(zhǎng)到大約7000千克重。根據(jù)這些估計(jì)，科學(xué)家計(jì)算出，每一代霸王龍持續(xù)約19年，平均種群密度為每100平方千米有1只霸王龍。

然后，他們估計(jì)霸王龍的總地理范圍約為230萬(wàn)平方千米，而且存活了大約250萬(wàn)年，“常住民”規(guī)模為2萬(wàn)。它們一共生活了大約12.7萬(wàn)代，也就是總共有25億個(gè)體。

骨頭去哪兒了

歷史上有如此多的霸王龍，更不用說(shuō)幼年個(gè)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(duì)完好的成年霸王龍?！瘪R歇爾說(shuō)，“其在所有霸王龍成年個(gè)體中占的比例，約為八千萬(wàn)分之一?！?/p>

“如果我們將化石回收率分析限制在霸王龍化石最常見(jiàn)的地方，即美國(guó)蒙大拿州黑爾克里克地層的部分區(qū)域，估計(jì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大約1/16000的霸王龍?！彼a(bǔ)充道，“我們對(duì)這個(gè)數(shù)字感到驚訝，這個(gè)化石記錄比我最初猜測(cè)的要更具代表性。但這種動(dòng)物的種群密度存在不確定性，這一比例可能高達(dá)千分之一，也可能低至二十五萬(wàn)分之一。”

馬歇爾預(yù)計(jì)同行會(huì)對(duì)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(jì)算框架是可行的，并且對(duì)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(xiàng)古生物學(xué)研究，研究我們能知道多少，以及如何知道。”他說(shuō)，研究人員以計(jì)算機(jī)代碼形式提供的這個(gè)框架，也為估算古生物學(xué)家在挖掘化石時(shí)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(kāi)始估計(jì)，在化石記錄中，可能會(huì)丟失多少短命的、地理專門化的物種?！彼f(shuō)，“這可能是一種開(kāi)始量化我們不知道的東西的方式?！?/p>

文章來(lái)源：《中國(guó)科學(xué)報(bào)》

（責(zé)任編輯：吳宇）