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恐龙|明明只有化石，我们如何得知几千万年前动物的重量？

恐龙|明明只有化石，我们如何得知几千万年前动物的重量？
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恐龙最具代表性的特征就是它们巨大的体型 。 有些中生代（结束于6600万年前）恐龙已经长成了绝对的庞然大物 ， 一些物种甚至接近百吨 。 几乎可以肯定 ， 曾在陆地上行走的最大的动物应该就是恐龙了 。
动物的体重（体质量）是其生物学的一个最基本的属性 。 它决定了一只动物能吃什么 ， 能移动多远 ， 走得有多快 ， 以及它能有多少后代 。 因此 ， 一个多世纪以来 ， 古生物学家一直在努力推断恐龙等灭绝动物的体质量 。 如果我们能测量生活在过去的动物的质量 ， 就能帮助我们更好地理解这些消失已久的生物是如何生存的 。 但毕竟恐龙已经灭绝了数千万年 ， 大多只剩下了骨骼的化石 。 我们怎么知道它们到底有多重？要如何“称”一只恐龙 ， 又如何确保科学假设不会“走偏”？
其实 ， 古生物学家一般有两种方法“称”恐龙 ， 当然没有一种是真的“称”它们 。
第一种方法是重建动物的外形 ， 包括它可能有多大 ， 然后估计出它的骨骼、肌肉和其他组织的总质量 。 这种方法需要从化石记录中恢复出尽可能多的解剖学数据 ， 但科学家对这种方法的信心则取决于找到的化石的完整程度 。
【恐龙|明明只有化石，我们如何得知几千万年前动物的重量？】因此 ， 对一些动物来说 ， 重建它们所需要进行的猜测和假设已经少得多 ， 比如著名的霸王龙 ， 对霸王龙化石的收集已经持续了一个多世纪 ， 数据相对完善 。 但其他一些恐龙可能只存在几块骨骼化石 ， 重建的难度就变得很大 。 但无论是哪种情况 ， 想要基于有限的化石重建出一个早已灭绝的物种 ， 都不可避免地需要一些假设 。
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图片来源：David Evans
第二种方法是测量某些关键的骨骼参数 ， 例如肱骨和股骨的周长 ， 然后从现存动物身上导出相关的比例方程 ， 并将这些测量值代入方程中计算 。 这种方法为四肢在理论上可能承受的身体质量提供了一种简单的表述 ， 但问题是 ， 它所基于的一些测量可能并不精确 ， 特别是对那些最大的那些恐龙来说 。
这种肢体比例方程同样假设 ， 恐龙四肢的大小和体质量的比例与现代动物的相同 。 四肢的周长已经被证明可以预测不同种类的陆地动物的质量 ， 包括灵长类、有袋类动物和海龟 。 这表明 ， 这些数据可以提供一种准确的外部衡量标准 。
中生代恐龙的身体尺寸有很大差异 。 | 图片来源：Vitor Silva
从复核结果的角度来说 ， 有两种不同的方法来衡量同一件事 ， 听起来似乎会非常有用 。 但有的时候 ， 这些方法会产生明显不同的估计结果 。 在近期的一个例子中 ， 科学家对泰坦巨龙类恐龙无畏龙（Dreadnoughtus）进行了重建 ， 这种巨兽生活在约8000万年前的阿根廷的地区 。 重建结果表明 ， 它的体重大约在27到38吨之间 。 然而 ， 它巨大的腿骨则反映出它应该可以支撑更多的重量 ， 大约在44到74吨左右 。
这种差异使许多古生物学家相信 ， 这两种方法在根本上是相悖的 ， 这导致了一种令人失望的前景——我们可能永远也无法知道某些恐龙到底有多大 。
但近期 ， 一篇发表在《生物学评论》上的研究改变了这种“令人失望”的看法 ， 带来了一种更有希望的观点 。 新研究进行检验后发现 ， 虽然长期以来人们认为这两种估计方法存在根本上的不一致 ， 但实际上 ， 两者为估算这些史前巨兽的重量提供了一套一致而互补的途径 。
在这项新研究中 ， 研究人员分析了过去115年中重建出的400多个恐龙模型 ， 并用它们来比较重建获得的体质量与恐龙肢骨周长预测出的结果 。 他们发现 ， 两种方法基本上都能得出相似的估计值 。 也就是说 ， 像无畏龙那样的差异其实是一种例外 ， 而非真正的规律 。
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基于恐龙重建的体质量估计与现存生物的比例非常一致 。 | 图片来源：Nicolás Campione
但研究同样强调了单一值带来的不精确性 ， 以及在大规模估计中纳入不确定性的重要性 。 因为恐龙和人一样 ， 并不是每个个体都相同 。 比如 ， 对一只成年霸王龙而言 ， 它的体重大约是7吨 ， 两种方法的估计大致相同 。 但不确定性则显示 ， 霸王龙的平均最小重量是5吨 ， 而最大可达10吨 。
似乎之前提到的用来重建无畏龙的标本可能有过度发达的四肢 。 尽管体型惊人 ， 但有一种可能是 ， 它一生都在持续生长 。 这可能意味着 ， 重建的方法能更好地反映了样本的大小 ， 而肢体比例可能暗示着它尚未达到的大小 。
但对于大多数恐龙来说 ， 这些方法并不是相互对立的 ， 虽然它们在概念上非常不同 。 重建提供了精确性（precision） ， 而肢体比例则提供了准确度（accuracy） 。
我们可以用一种类比来理解“精确性”和“准确度”之间的区别 ， 并且了解它们为什么都非常重要 。 想象一下 ， 对恐龙质量的真实估计就像用飞镖击中靶心一样 。 重建一个灭绝的动物就像设计飞镖 。 你要尽可能地整理骨骼信息 ， 这就像制造一个飞镖 ， 当你把飞镖扔到墙上时 ， 它会精确地飞到你想要的地方 。
但同时 ， 你也要知道靶心在哪里 。 在这种情况下 ， 这意味着用肢体比例法来校准我们的估计值 ， 这种方法是基于和对现有动物的直接测量和比较 ， 而不需要重建灭绝动物的一些假设 。
研究表明 ， 古生物学家确实有足够的知识 ， 在尝试估计恐龙的身体质量时 ， 大部分时候都能“击中靶心” 。 当然在某些情况下 ， 估计值可能仍会出现差异 ， 比如那只无畏龙 。 但这也是个机会和线索 ， 科学家也可以顺着它找出背后究竟有哪些原因让他们的预测偏离了目标 。
参考来源：
https://theconversation.com/how-do-you-weigh-a-dinosaur-there-are-two-ways-and-it-turns-out-theyre-both-right-144874
https://phys.org/news/2020-08-dinosaur.html


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