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隔着七千万年,也能把恐龙的体温测出来!

时间:2020-03-06 11:50:24 作者: 来源:51区未解之谜网 手机阅读

可以测量恐龙7000万年的温度!

中国科普博览会

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制作:科普中国

制作:秦子川(恐龙X队)制作:

制作人:计算机网络信息中心

由于最近新的皇冠疫情,体温测量已成为人们的日常工作

志愿者正在测量居民体温(新华网肖、勇摄)。

人的正常体温在36到37摄氏度之间。你想过灭绝的恐龙的体温吗?既然我们想知道恐龙的温度,我们可以直接测试一下!最近,耶鲁大学和剑桥大学的科学家说,我们可以每隔7000万年测量一次恐龙的体温。科学家使用了什么样的法宝?

恐龙到底是什么动物

体温测量是可行的,因为人类是典型的嗜温动物。吸热动物可以独立地将内部环境温度稳定在相对固定的范围内,并且不会受到环境的很大影响。每个体温正常的动物的体温是不一样的。一般来说,新陈代谢较快的动物体温较高,如一些小鸟,体温可达40摄氏度以上。

等等,我听说过温血动物,冷血动物,什么是内生动物?有嗜温动物。有嗜温动物吗?

内部温度是指生物体能够维持其身体新陈代谢的温度,主要依靠自身产生的热量来维持其体温,而不是主要依靠环境的热量。典型代表是大多数哺乳动物和鸟类

放热指的是主要依靠外部热源的热量来调节体温的生物体。因此,它们的体温随着环境温度而变化。蜥蜴、鳄鱼和大多数海龟都是放热的。

由嗜温动物和高温动物以及嗜温动物和放热动物组成。

嗜温生物的体温调节能力介于两者之间,它们通常可以通过自身产生的热量保持体温高于环境温度或在一定范围内。然而,不可能像嗜温生物那样将体温维持在非常高和稳定的水平。活着的动物很少有代表,包括棱皮龟、单孔类哺乳动物等。

和高温也被称为惯性恒温巨型温暖动物由于体积大,表面积相对较小,散热能力相对较小。散热能力的降低导致它们保持非常高的体温,尽管它们的代谢能力不如典型的嗜温动物。

好,让我们回到恐龙的话题

研究活的动物是否是嗜温动物,这只能通过温度计来解决。然而,很难直接测量像霸王龙这样已经从地球上灭绝的动物是否是嗜温动物。分类学研究认为恐龙和活着的爬行动物(尤其是鳄鱼)是鸟类的近亲和直系祖先。然而,爬行动物和鸟类只是分为放热和吸热。

由于这种复杂的关系,关于恐龙是否是嗜温动物一直存在广泛的争论。霸王龙

△图1感觉热吗?(图片来源:https://www . syfy . com/syfy wire/t-rex-on-fire-royal-峡谷-恐龙-experience)

古生物学家已经尝试了许多方法来解决这个问题。然而,没有人能带着温度计穿越到6600万年前,找到一只霸王龙来测试(人们不希望它非常合作地找到它)所以以前,科学家主要是通过恐龙的其他生理特征和形态结构来研究恐龙是否是嗜温动物。

随着研究的深入,许多证据支持恐龙可能具有嗜温甚至嗜温的特性。然而,由于缺乏直接数据,对恐龙体温调节的描述一直处于非常模糊的状态(见文章:恐龙是温血动物还是冷血动物?

http://www . kepu . net . cn/ydr hcz/ydr hcz _ zpzs/ydr h _ 2019/201910/t 20191024 _ 480917 . html)

△图2通过恐龙和其他动物生长速度的间接证据,科学家认为恐龙的温度代谢接近于嗜温动物。(图片来源:https://uanews . Arizona . edu/story/were-恐龙-寒冷-封闭-或-战争-封闭-两者都不研究-发现)

"温度计"

实际上,恐龙的体温是可以测量的

的科学家依靠δ47碳氧同位素集群温度计,而不是月球宝箱或时间机器

你一定想问:“还有这样一种可以穿越时间的温度计吗?!

不是固体温度计,而是一种地球化学研究方法δ47碳氧同位素聚类温度计是近年来恢复古温度的一种新的地球化学方法,在古环境变化中得到了广泛应用。它们中没有多少被应用于古生物学,更不用说恐龙化石了。

介绍了这种方法,我们将从这种方法的前身氧18同位素温度计开始。

说到同位素,大多数人肯定会联想到“放射性”这个听起来不安全的术语。事实上,同位素是指同一元素的不同核素,具有相同的质子数和不同的中子数。同位素分为稳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短(< 1050a)的原子核不稳定同位素,如著名的铀235另一方面,稳定同位素往往具有稳定的结构和较长的半衰期,这仅显示质量数的差异,从而导致物理和化学性质的极小差异。

氧18同位素是由8个质子和10个中子组成的稳定同位素它们的数量比常见的氧气16少得多,丰度约为0.21%氧气18和氧气16一样稳定。在大多数情况下,它们在水中和空气中是正常的,除了稍微重一点,并没有什么异常。

的两种稳定同位素图3氧元素,氧16和氧18(图片来源:维基百科)元素

的同位素在物理、化学、生物和其他反应中以不同的比例分布在不同的物质中。我们称这种现象为同位素分馏让我们以氧同位素为例。水分子含有氧元素。当水蒸发时,更多含有较轻氧同位素的水分子进入水蒸气,就像瘦子跑得比胖子快一样。

,在不同的温度条件下,轻、重同位素以不同的速度“运行”。根据这一原理,如果我们知道轻同位素和重同位素在某一环境中的分布差异,即分馏的结果,我们就能推断出这一环境的温度。基于这种巧妙的方法,古环境学家恢复了地质历史时期的温度变化。我们现在可以谈论的全球变暖在某种意义上是由于古环境学家成功地恢复了古环境温度。

Power Plus温度计测得恐龙牙齿温度

隔壁的古生物学家看到隔壁的古生物学家取得如此成就时,一定会不甘示弱这个可以测量古代温度的温度计,为什么不用它来测量古代化石呢?后来,古生物学家也开始用氧18同位素温度计来测量化石的温度,但经过几轮研究后,人们发现...

似乎不是很有用!这里最大的问题不是我们不能测量它,而是我们不知道温度是多少。

199动物的氧来源是呼吸和饮水。然而,在不同的温度、不同的区域和不同的高度,氧同位素组成本身是不同的。动物饮水中的氧同位素比率也有差异。还应该考虑到植食性动物摄入的大量水分来自它们所吃的植物,而植物本身也有自己的氧同位素分馏。

△图4为陆生生物。恐龙体内氧18同位素来源复杂,环境依赖性强。海拔、植被、离海距离等因素都会影响氧18同位素含量(照片来源:时代杂志,http://content.time.com/time/health/article/0, 8599,2113743,00.html)

。因此,尽管有一些基于氧同位素温度计的研究来恢复古生物的体温,甚至在恐龙当中,它们也参与其中,但是由于上述不确定性,它们还没有被认为是直接的证据虽然取得了一些成果,但还没有得到广泛认可。幸运的是,δ47碳氧同位素集群温度计技术的发展给古生物学家带来了新的曙光。简而言之,这种温度计是传统氧气18温度计的“功率增强型”。δ47碳氧同位素簇温度计是基于碳重同位素碳13和氧重同位素氧18之间的结合程度来推断碳氧化学键形成时化学反应周围的温度换句话说,在不受大环境影响的情况下,可以精确测量矿物形成周围“小区域”的温度。

△图5恐龙化石中δ47碳氧同位素集群温度计应用原理概述(照片来源:https://dinotopes . WordPress . com/2015/01/21/the-best most-恐龙中心-应用-聚集-同位素-ever/)古生物学是地质学和生物学的交叉学科,生物学的概念给这种新方法提供了更广阔的使用空间,即环境

如上所述,内部温度动物可以在高于环境温度的值附近保持内部环境温度相对稳定。然而,氧18同位素温度计的缺点恰好是环境因素对结果的影响太大。尚不清楚测量的温度是“体温”、“环境温度”还是两者的混合物。δ47碳氧同位素集群温度计正好解决了这个难题。测量的温度是碳酸盐矿物形成周围小环境的温度,从理论上可以确定化石的体温。

对于古生物学家来说,说这种方法具有革命性并不为过!加州大学洛杉矶分校的环境地球化学学者罗伯特·伊格尔(Robert Eagle)在2011年将这一方法应用于恐龙牙齿化石的珐琅质,并从牙齿化石中的δ47碳氧同位素集群温度计推断出恐龙的体温。

从牙齿到恐龙蛋恐龙的体温是多少?罗伯特·伊格尔的研究论文

一经发表就引起了极大的关注。许多生物学家从生物学的角度质疑这项工作:牙齿的温度真的代表了这种动物的体温吗?

通过研究活的动物,特别是大型动物,科学家发现许多动物都有一种叫做“热镶嵌”的生理现象简言之,动物的体温分布不均匀。可能只是躯干核心的温度相对较高且恒定,而身体角落的体温相对较低。这些牙齿并不存在于恐龙躯干的核心(相反,蜥脚类动物的脖子很长,嘴里的牙齿离躯干更远)。因此,测得的牙齿温度只能说是口腔的温度,而不能代表恐龙的温度。短吻鳄

△的红外热像图6显示,其口鼻温度明显低于其躯干温度。换句话说,它的温度分布模式是“马赛克”(图片来源:http://cool cosmos.ipac.caltech.edu/cosmic _ games/hide _ seek/鳄鱼. html)

我们知道恐龙化石是由骨头保存的,而恐龙体腔的核心部分,即恐龙的内部器官,不是由化石保存的如果从恐龙骨骼中恢复出δ47碳氧同位素集群温度计的温度,结果将永远受到质疑,这并不代表恐龙“血肉”的温度然后呢?毕竟,恐龙保存的骨骼、血肉是无法保存的。

不知道罗伯特·伊格尔的团队是灵机一动还是上级指示的。他们把实验材料变成了另一种化石材料——恐龙蛋。为什么是

恐龙蛋?

让我们用鸡(也是一种活着的恐龙)下蛋来恢复它。256±199只母鸡的卵巢中约有4000个初级卵母细胞。首先卵黄物质沉积在卵母细胞周围,然后卵母细胞进入输卵管。卵黄在输卵管的漏斗中与精子结合形成受精卵。受精卵继续下降,并被输卵管肿胀部分的蛋白质包裹,形成蛋清。然后形成蛋壳膜,然后进入子宫,最后钙沉积在蛋壳膜上,形成蛋壳和蛋壳外的薄角质层保护膜

,也就是说,对于蛋壳来说,蛋壳本身的碳酸钙是在子宫附近形成和沉积的。女性生殖系统,包括子宫和输卵管,通常存在于女性体腔的核心位置。只要测量蛋壳的温度,就可以推断出动物内部环境的温度。

不得不称赞,这个想法真是天才!

实验过程基本不变,只有分析材料需要用更常见的恐龙蛋壳化石代替。罗伯特·伊格尔的团队报告了2015年另外两只恐龙的体温。他们的研究发现,巨型长颈蜥脚类恐龙的温度较高,在35℃至38℃之间,温度可与大多数生活在中温环境下的哺乳动物相比,略低于温度较高的鸟类。然而,兽脚类恐龙的温度较低,约为32℃,在放热动物的温度范围内,温度低于典型的吸热动物。也就是说,小型兽脚类恐龙的体温较低,而大型蜥脚类恐龙的体温较高。这似乎证实了一些学者先前对恐龙体温调节的判断——高温(简单来说,体温相对较高是因为它体积大,散热能力低)


△图7罗伯特·伊格尔的研究结果表明,蜥脚类动物的体温在放热范围内,而蜥脚类动物接近哺乳动物的体温。(Eagle等2015)

待解决的三个新问题

新研究解决了旧问题,但很快新问题出现了

首先是一个生物学问题我不得不说,虽然这个研究实验的设计非常巧妙,但是取样实在太少了。尽管恐龙和恐龙蛋很罕见,罗伯特·伊格尔团队在两项研究中采集的样本甚至不能代表整个“非鸟类恐龙”在恐龙的分类框架下,一个重要的进化分支-鸟-臀恐龙,没有被包括在这项研究中。

也有一个基本但容易被忽略的问题。也就是说,当在测量体温后讨论一个有机体是否是内部温度动物时,焦点是“保持体温高于环境温度的能力”,而不是“体温的绝对值”换句话说,理想情况下,我们应该看到测得的恐龙体温和环境温度,并计算两者之间的差异。如果差别非常明显,我们就能真正证明恐龙是嗜温动物。在罗伯特·伊格尔团队的两项研究中,研究的化石来自白垩纪的中低纬度地区。白垩纪的环境温度本来就很高。测得的较高温度可能不是因为这些恐龙是嗜温动物,而是因为环境非常热。这是一个活生生的例子。一些在恒温温室中饲养的蜥蜴和乌龟也可能有很高的体温,但这不是由它们控制的,而是取决于外部环境。

此外,地质领域的一些问题还有待解决。生物死亡后化石的形成需要长时间的埋藏和成岩作用。刚刚铺好的蛋壳记录了母亲核心的温度,但是在埋了7000多万枚蛋壳后还可以吗?事实上,如果化石在埋藏和成岩过程中经历重结晶和再结晶形成新的碳酸盐,这些碳酸盐带来的温度信息与母体无关,而是反映了地质过程中的温度。

可能是由于前面的荆棘路,或者由于苛刻的实验条件,δ47碳氧同位素集群温度计在恐龙中的应用从此停滞了近五年。2020年2月14日,耶鲁大学和剑桥大学的地质学家罗宾·道森(Robin Dawson)和古生物学家丹尼尔·菲尔德(Daniel Field)在《科学进展》(Science Advance)杂志上发表了基于δ47碳氧同位素集群温度计方法的恐龙内部温度最新研究。

虽然基本的研究方法是从罗伯特·伊格尔的团队继承来的,但研究样本中也使用了恐龙蛋壳然而,通过新的研究方法和比较方法,新的研究工作在很大程度上解决了罗伯特·伊格尔团队研究中的不足,进一步拓宽了人类对恐龙体温问题的理解。

对恐龙蛋的成岩作用和重结晶作用有影响。本研究采用蛋壳形态学、元素示踪、阴极发光显微镜等研究方法对所涉及的恐龙蛋材料进行研究,评价地质过程对蛋壳的影响,并通过反算消除地质过程的影响。

研究还首次对鸟臀恐龙的代表人马座恐龙蛋进行了δ47碳氧同位素集群温度计的研究。此外,为了避免低纬度地区的研究资料不能证明内部温度,本研究中的大部分资料来自高纬度地区(加拿大和罗马尼亚)。该研究还使用相同的方法测量同一地层中的软体动物和植物的温度来表示环境温度,然后获得环境温度和体温数据之间的差异。

此外,本研究中所研究的蜥脚类恐龙的蛋壳来自罗马尼亚侏儒蜥脚类,这是一种小型蜥脚类动物,经历了岛屿小型化。这样的体温研究结果也可以用来讨论前面提到的恐龙是否是高温动物的问题。

根据罗宾·道森的文章估计,加拿大兽脚亚目恐龙——伤齿龙——的三个蛋壳样本测得的温度差相对较大,分别为38℃、27℃和28℃,但它们明显高于环境温度。作者认为,这意味着小型兽脚类恐龙可能有一定范围的温度变化,但它也有相当高的温度自我调节能力。

鸟臀恐龙人马座的体温要高得多。不考虑成岩作用的影响,它们的体温估计在40℃以上,最高可达44℃,这真是一种“高烧”!相对来说,虽然罗马尼亚的侏儒蜥脚类动物的温度相对较高,但并不极端,大约36摄氏度,非常接近人体温度。

与此同时,罗宾·道森发现,罗马尼亚侏儒蜥脚类动物的体温与罗伯特·伊格尔团队先前计算的较大蜥脚类动物的体温相差不大。侏儒蜥脚类动物和大型蜥脚类动物的体重要低10倍,但是体温非常接近,她认为蜥脚类动物没有“高温”至少,可以说在蜥脚类恐龙中,体型和体温的关系不大。

△图8恐龙体温与其体形(X轴)和生活环境温度(Y轴)之间的关系,目前已测量过(Dawson等人,2020)

研究了所有现存的δ47碳氧同位素集群温度计对不同恐龙群体(鸟屁股、蜥脚类动物和兽脚类动物)的温度估计,我们可以发现,尽管恐龙体内的温度不同,但它明显高于环境温度。作者从整体上评价了恐龙的温度调节能力,认为它们应该与嗜温动物类似,如棱皮龟。系统研究表明,这种能力存在于恐龙进化的各个分支中,这意味着这种相对活跃和主动的体温调节策略可能是恐龙祖先的“传家宝”。也许这也是它们能够统治中生代土地的原因之一。

△的后代。图9恐龙是典型的嗜温动物、鸟类;然而,恐龙的远亲鳄鱼是典型的放热动物。目前,对不同种类恐龙的体温测量表明,所有非鸟类恐龙都可能具有主动的体温调节能力,以保持体温高于环境温度。(dawson等人,2020年)


主要参考文献:

dawson r,fieldd j,hullpm等人,蛋壳地球化学揭示了恐龙[的祖先代谢温度调节。科学进展,2020,6(7): eaax9361.

Eagle,R. A .,M. Enriquez,G. Grellet-Tinner,a . p . rez-Huerta,D. Hu,T. Tütken,S. Montanari,S. J. Loyd,P. Ramirez,A. K. Tripati,M. J. Kohn,T. E. Cerling,L. M. Chiappe和j . m . Eiler(2011)蛋壳中的同位素排序反映了体温,表明了两种白垩纪恐龙不同的热物理学。《自然通讯》6(1): 8296.

Eagle,R. A .,T. Tutken,T. S. Martin,A. K. Tripati,H. C. Fricke,M. Connely,R. L. Cifelli和J. M. Eiler (2011)。根据化石生物矿物中同位素(C-13-O-18)排序确定的恐龙体温。‘科学333(6041):443-445.

格雷迪J M,恩奎斯特B J,德特威勒-罗宾逊E,等.恐龙中热的证据[J]。科学,2014,344(6189):1268-1272.

Zaarur S,Affek H P,Brandon m t a校正的块状异麦芽温度计[j]。地球和天文馆科学快报,2013,382: 47-57.

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