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来历:科学大院   由于最近的新冠疫情,量体温成为了人们的日常。 志愿者在为居民测体温(图片来历:新华网 肖和勇摄)   人类的正常体温在36到37摄氏度之间,那么你有没有想过,现已灭绝的恐龙的体温是多少?   “已然想知道恐龙的体温,那咱们就直接测一测就好了!”近期,来自耶鲁大学和剑桥大学的科学家们表明,咱们隔着七千万年,也能把恐龙的体温给测出来! 标签17  科学家们用了什么法宝呢?   恐龙究竟是啥动物?   体温丈量之所以可行,是由于人类是典型内温性动物。内温性动物可以自主地把自身体内环境温度安稳在一个相对固定规模银耳莲子羹-亚搏体育官网登录-亚搏体育官网网址,受环境影响不大。每种内温标签10性动物的安稳体温都不大相同,全体而言推陈出新更快的动物体温更高,比方一些小型鸟类,体温可达40摄氏度以上。   等等,我听过恒温动物,冷血动物,什么是内温性动物?有内温性动物,那有外温性动物标签20吗?   内温性是指一种生物可以坚持其身体推陈出新有利的温度,而且首要依托自身发生的热量保持体温,而不是首要依托环境的热量来保持,典型的代表是大部分哺乳动物和鸟类。 标签20  外温性是指一种生物首要依托外部热源的热量来调理体温,它们的体温因而也多跟着环境温度改变,蜥蜴、鳄鱼和大部分龟鳖类都是外温性生物。   除了内温性和外温性动物,还有中温性动物和巨温性动物。   中温性生物的体温调理才干介于两者之间,往往可以经过自身产的热量保持体温高于环境温度,或许保持在某个区间。但不能像内温性生物标签19那样将体温保持到一个很高,而且十分安稳的银耳莲子羹-亚搏体育官网登录-亚搏体育官网网址程度。现生动物的代表很少,包含棱皮龟、单孔类哺乳动物等。   而巨温性也称惯性恒温性。巨温性的动物由于体型银耳莲子羹-亚搏体育官网登录-亚搏体育官网网址很大,导致体表表面积相对变小,散热才干相对小体型动物下降。散热才干下降导致它们即便推陈出新才干不如典型的内温性动物,但体温也可以保持在一个很高的水平。   好了,咱们回到恐龙这个论题。   研讨现生动物是否是内温性动物,只需求温度计就可以处理。而像霸王龙这样的现已从地球上灭绝的动物是否为内温性动物,就很难直接丈量银耳莲子羹-亚搏体育官网登录-亚搏体育官网网址了。分类学研讨以为,恐龙与现生爬虫类(尤其是鳄类)是近亲,一起又是鸟类的直系先人。可是爬虫类和鸟类,刚好分归于外温性动物和内温性动物。   由于这种杂乱的联系,标签20关于恐龙是否是内温性动物,一向有广泛的争议。 霸王龙会不会觉得热?(图片来历:http://www.syfy.com/syfywire/)   古生物学家们尝试了十分多的办法去处理这个问题。但谁都不能带着温度计穿越回六千六百万年前,找一只霸王龙测一下(找到它估量也不会很合作)。所以之前,科学家们首要是经过恐龙的其他生理特征和形状结构,旁边面研讨恐龙是不是内温性动物。   跟着研讨深化,许多依据都支撑恐龙或许具有中温性,乃至内温性。但由于缺少直接的数据,对恐龙温标签19度调理状况的描绘,一向处于一个很含糊的状况(详见文章:《恐龙是温血动物,仍是冷血动物?》   http://www.kepu.net.cn/ydrhcz/ydrhcz_zpzs/ydrh_2019/201910/t20191024_480917.html)。 经过对恐龙和其他动物的成长速率这个银耳莲子羹-亚搏体育官网登录-亚搏体育官网网址直接依据,科学家们以为恐龙的体温代谢状况挨近中温银耳莲子羹-亚搏体育官网登录-亚搏体育官网网址性动物标签19(图片来历:http://uanews.arizona.edu/)   穿越韶光的“温度计”   其实,恐龙的体温是可以丈量的。   科学家依托的并不是月光宝盒、时刻机器什么的,而是47碳氧同位素团簇温度计。   你必定想问:“还有这种可以穿越韶光的温度计标签17?!”   其实这不是一种实体温度计,而是一种地球化学研讨办法。47碳氧同位素团簇温度计是近标签19些年来新式的康复古温度的地球化学手法,在古环境改变方面现已运用十分广泛了。运用到古生物学傍边的并不多,而用到恐龙化石傍边更是稀疏。   介绍这种办法,咱们就要从这种办法的前身,氧18同位素标签11温度计开端说起。   说起同位素,大多数人必定会和“放射性”这个听起来不太安全的名词挂钩。实际上,同位素是指具有相同质子数、不同中子数的同一元素的不同标签11核素。同位素分标签14为安稳同位素和银耳莲子羹-亚搏体育官网登录-亚搏体育官网网址放射性同位素。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较短(<1050a)原子核不安稳的同位素,如闻名的铀235。安稳同位素则往往相反,具有安稳的结构和长半衰期,相互之间往往只体现出质量数上的差异,由此导致物理、化学性质具有极点细微的差异。   氧18同位素,是一种安稳同位素,由8个质子和10个中子构成。它们的数量相对咱们了解的氧16要少许多,丰度为大约0.21%。氧18像氧16相同安稳,在大多数状况下,它们除了略微重一点,并没有什么反常,正常地存在水和空气中。 氧元素的两种安稳同位素,氧16和氧18(图片来历:维基百科)   某元素的同位素在物理、化学、生物等反响进程中,会以不同份额分配于不同物质之中,咱们将这种现象称为同位素分馏。咱们用氧同位素举个比如,水分子中含有氧元素,在水蒸腾的时分,更多的含有更轻的氧同位素的水分子进入水蒸气中,就像瘦子和胖子赛跑,瘦子跑的更快。   而不同温度条件下,轻的和重的同位素“跑”的速度又不相同。根据这种原理,假如咱们知道了某个环境下轻的同位素和重的同位素散布的差异,也便是分馏的成果,就可以反推出这个环境的温度状况了。根据这种奇妙的办法,古环境学家们康复了地质历史时期的温度改变,咱们现在可以热议的全球变暖,某种意义上也要归功于古环境学家们成功康复了古代的环境温度。   威力加强版温度计 测到恐龙牙齿温度   看到近邻古环境学家们获得如此成果,古生物学家们必定不甘示弱。这种可以测古代温度的温度计,为什么不拿来测一测古生物化石呢?然后,古生物学家们也开端运用氧18同位素温度计对化石进行测温,但经过几轮研讨发现……   如同不是很好用啊!   这儿最大的问题不是测不出来,而是不知道测出来的究竟是什么的温度。   动物体内氧元素的来历便是呼吸效果和饮用水。但不同温度、不同区域,不同高度的氧同位素组成自身就有差异。动物喝的水里边氧同位素份额也有差异。还要考虑适当多的植食性动物摄入水分来自进食的植物,植物自身又对氧同位素有自己的分馏效果。 作为陆地生物,恐龙身体里的氧18同位素来历过于杂乱并具有很强的环境依赖性。海拔、植被、间隔海洋远近等要素都能影响氧18同位素的含量(图片来历:时代周刊)   所以,尽管有一些根据氧同位素温度计复原古生物体温的研讨,乃至恐龙傍边也有触及,但由于上述不确定性,一向不能算直接依据。尽管有些成果,但未被广泛供认。   走运的是,47碳氧同位素团簇温度计技能的开展,让古生物学家看到的新的曙光。简略来说,这种温度计是传统氧18温度计的“威力加强版”。47碳氧同位素团簇温度计是根据碳的重同位素碳13和氧的重同位素氧18之间结合的程度,来揣度碳氧化学键生成的时分化学反响周遭的温度。也便是说,可以精确测算矿藏构成时,四周“小区域”的温度,而很少遭到大环境影响。 恐龙化石中运用47碳氧同位素团簇温度计原理概述(图片来自:http://dinotopes.wordpress.com/)   古生物学是地质学和生物学的交叉学科,生物学上的概念给了这种新办法更宽广的空间发挥拳脚,那便是——内环境。   正如前文说到的,内温性动物可以保持内环境温度相对安稳在高于环境温度的一个值邻近。而氧18同位素温度计的缺点刚好便是环境要素对成果影响太大,说不清楚测到的温度是“体温”、“环境温度”仍是两者混合。47碳氧同位素团簇温度计刚好处理了这个痛点,测出的温度是碳酸盐矿藏构成时周围小环境的温度,这样理论上说就可以测定化石体温了。   关于古生物学家来说,说这种办法是革命性的也一点也不过火!加州大学洛杉矶分校的环境地球化学学者Robert Eagle在2011年,将这种办法运用到了恐龙牙齿化石的牙釉质傍边,经过牙齿化石中的碳酸盐47碳氧同位素团簇温度计来揣度恐龙体温。   从牙齿到恐龙蛋 究竟哪个才是恐龙的体温?   Robert Eagle的研评论文一经宣布就引起了极大的重视。许多生物学家从生物的视点对这个作业提出了疑问:“牙齿的温度,真的代表这种动物的体温么?”   经过研讨现生动物,尤其是大体型动物,科学家们发现,许多动物都存在一个叫做“热镶嵌”(thermal mosaics)的生理现象。简略来说,动物的体温并不是均匀散布的,或许仅仅躯干的中心方位温度较高而安稳,而身体边边角角的方位体温或许相对更低。而牙齿,并不存在于恐龙身体躯干的中心方位(恰恰相反,蜥脚类恐龙脖子很长,长在嘴里的牙齿离躯干更远),因而测得的牙齿温度,只能说是口腔温度,不能代表恐龙的体温。 这个短吻鳄的红外热成像显现,同一时刻,它的吻部温度是显着低于躯干的。也便是说,它的温度散布形式是“镶嵌”的(图片来历:http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/)   咱们知道,恐龙化石保存的都是骨头,而恐龙体腔中心部分,也便是恐龙的内脏,是没有化石保存下来的。假如用恐龙的骨骼化石做47碳氧同位素团簇温度计体温康复,得出的成果会被永久质疑不代表恐龙“血肉”的温度。那怎么办呢?究竟恐龙保存下来的都是骨头,血肉是不能保存的。   不知道是Robert Eagle团队灵机一动,仍是遭到高人点拨。他们将试验资料转向了另一种化石资料——恐龙蛋。   为什么是恐龙蛋呢?   咱们用鸡(也是一种现生的恐龙)生蛋的进程来复原一下。   母鸡的卵巢里有大约4000个初级卵母细胞,起先卵黄物质堆积在卵母细胞周围,然后卵母细胞进入输卵管。卵黄在输卵管的漏斗部与精子结合,构成受精卵。受精卵持续下行,在输卵管的膨大部被蛋白包裹,构成蛋清。接着构成蛋壳膜,然后进入子宫,最终钙质被堆积到蛋壳膜上,构成蛋壳以及蛋壳外面薄薄的角质层保护膜。   也便是说,关于蛋壳而言,蛋壳自身的碳酸钙是在子宫邻近构成并堆积的。而包含子宫、输卵管在内的雌性生殖系统,一般都存在于雌性动物体腔内最中心的方位。只需测到了蛋壳的温度,就可以揣度出动物内环境的温度。   不得不称誉,这主意真是天才!   试验流程根本不变,只需将剖析资料换成更常见的恐龙蛋蛋壳化石。Robert Eagle团队在2015年又报导了两类恐龙的体温。他们的研讨发现,巨型长颈的蜥脚类恐龙体温更高,在35C到38C之间,体温可以与大部分现生的内温性哺乳动物适当,略低于体温更高的鸟类。而兽脚类恐龙的体温要低一些,在32C左右,在外温性动物体温的规模内,比典型的内温性动物仍是要低一些。也便是说,小体型的兽脚类恐龙体温低,而大体型的蜥脚类恐龙体温高。这好像印证了之前一些学者对恐龙体温调理办法的判别——巨温性(简略来说便是由于体型太大,散热才干较低,所以体温较高)。 Robert Eagle的研讨成果显现,窃蛋龙的体温在现生外温性动物规模内,而蜥脚类恐龙的体温挨近现生哺乳动物(图片来历:Eagle et.al 2015)   需求处理的三个新问题   新的研讨处理了旧的问题,但很快就又出现出了新的问题。   首先是生物学层面的问题。不得不说的是,尽管这个研讨试验设计的很奇妙,可是取样实在是太少了。尽管恐龙和恐龙蛋化石稀疏,但Robert Eagle团队两次研讨的采样乃至都不能代表“非鸟恐龙”的全体。在恐龙的分类学框架下,一个重要的演化支——鸟臀类恐龙,没有被归入到这个研讨傍边。   还有一个根本但很简单被忽视的问题。那便是在丈量体温之后,评论一种生物是否是内温动物的时分,重视的是“保存体温高于环境温度的才干”,而不是“体温的绝对值”。也便是说,抱负状况下,咱们应该看到丈量出来的恐龙体温,以及环境温度,核算两者的距离,假如距离十分显着,才干真实证明恐龙是内温性动物。Robert Eagle团队的两次研讨,研讨的化石都来自白垩纪的中低纬度区域,白垩纪的环境温度本来就偏高,丈量出来的较高的温度或许不是由于这些恐龙是内温性动物,而是由于环境很热。这种状况在现生动物中是有例可循的,一些养殖在恒温温室的蜥蜴和龟(外温性动物)体温也可以很高,可是这不是它们自己调理操控的,而是依赖于外界环境的。   别的,一些来自地质学范畴的问题也尚待处理。生物体身后构成化石,需求阅历绵长的埋藏和成岩效果。刚刚产下的蛋壳记录了母体中心温度,但阅历了超越七千万埋藏的蛋壳是否还可以呢?实际上,假如化石在埋藏和成岩进程中阅历了重结晶效果,从头结晶构成新的碳酸盐,那这些碳酸盐带来的温度信息就与母体无关了,而反响的是地质效果时期的温度。   或许便是由于前路荆棘遍及,也或许由于试验条件严苛,47碳氧同位素团簇温度计在恐龙傍边的运用自此阻滞了挨近五年的时刻。   咱们等待的直接依据,总算到来   是金子总会发光的,2020年2月14日,来自耶鲁大学和剑桥大学的地质学家Robin Dawson和古生物学家Daniel Field在科学发展(Science Advance)杂志上宣布了根据47碳氧同位素团簇温度计办法,对恐龙内温性这个问题的最新研讨。   尽管根本的研讨办法承继自Robert Eagle团队,而且研讨样品也运用的是恐龙蛋壳。但新的研讨作业经过新的研讨手法和比照办法,大部分处理了Robert Eagle团队的研讨中存在的缺乏,进一步扩宽了人类对恐龙体温这个问题的知道。   关于恐龙蛋化石的成岩重结晶效果形成的影响,此次研讨对触及的恐龙蛋资料,进行了蛋壳形状学、元素示踪和阴极发光显微镜等研讨手法,去评价蛋壳遭到地质效果影响,经过反算消去地质效果影响。   研讨也初次对鸟臀类恐龙的代表慈母龙的恐龙蛋进行了47碳氧同位素团簇温度计测温作业。别的,为了防止低纬度区域研讨资料不能证明内温性,此次研讨的资料大多来自高纬度区域(加拿大和罗马尼亚),研讨还一起对同地层的软体动物和植物用相同的办法测温,来代表环境温度,从而求得环境温度和体温数据的差值。   别的,此次研讨的蜥脚类恐龙蛋壳来自罗马尼亚的侏儒蜥脚类,是一种阅历了岛屿小型化的小型蜥脚类。这样的体温研讨成果,也可以用来评论前面说到的“恐龙是否是巨温性”的问题。   在Robin Dawson这篇文章的估量下:加拿大的兽脚类恐龙——伤齿龙的三个蛋壳样品测出的体温距离比较大,分别是38C,27C和28C,但都明显高于环境温度,作者以为这代表了小型兽脚类恐龙或许是有必定的体温改变规模的,但也有适当高的体温自我调理才干。   鸟臀类恐龙慈母龙的体温就要高许多了,不管是否考虑成岩效果影响,它们的体温估量都在40C以上,最高估量可到44C,可真是“发高烧”啊!相对而言,来自罗马尼亚的侏儒蜥脚类体温尽管较高,但没有这么极点,大约在36C上下,和人的体温十分挨近。   一起,Robin Dawson发现,罗马尼亚的侏儒蜥脚类的体温测算成果和之前Robert Eagle团队对体型更大的蜥脚类恐龙测算的体温成果差不太多,侏儒蜥脚类和大型蜥脚类体重差了十倍,而体温却如此挨近,因而她以为蜥脚类恐龙不具有“巨温性”。最起码可以以为在蜥脚类恐龙傍边,体型和体温之间联系并不大。 现在现已完结测温的恐龙体温和它们体型(x轴)以及生计环境温度(y轴)之间的联系(图片来历:Dawson et.al 2020)   纵览现有的一切对恐龙各个类群(鸟臀类,蜥脚类和兽脚类)代表的47碳氧同位素团簇温度计体温估量,咱们可以发现,尽管恐龙内部傍边体温有所差异,但都是明显的高于环境温度的。作者全体评价了恐龙的温度调理才干,以为它们应该相似现生的中温性动物,如棱皮龟。系统研讨显现这种才干存在于各个恐龙演化支系傍边,也就意味着,这种相对自动和活跃的体温调理战略,或许自恐龙的先人开端,便是恐龙宗族的“传家宝”。或许,这也是它们可以控制中生代陆地的原因之一。 Figure 9 恐龙的子孙是典型的内温性动物,鸟类;而恐龙远亲鳄类则是典型的外温性动物;现在对恐龙内部各大类群的测温显现,或许一切非鸟恐龙都具有保持体温高于环境温度的活跃的体温调理才干(图片来历:Dawson et.al 2020)

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