那對迷你的小傢伙:為什麼暴龍的前肢這麼短?

那對迷你的小傢伙:為什麼暴龍的前肢這麼短?
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我們想讓你知道的是

直到一九八九年,人類才發現史上第一組完整的暴龍前肢骨骼,這些骨骼也確認了許多科學家在研究與暴龍相近的恐龍後所產生的推測:暴龍有一雙短得滑稽的前肢─甚至碰不到自己的嘴巴。問題馬上就來了:這麼短的前肢有什麼好處?

文:傑.應格朗

史上最大型的肉食恐龍並不是暴龍(Tyrannosaurus rex),就我們目前所知,這寶座應該是出沒在沼澤的棘龍(Spinosaurus)所有。在人類想像力能發揮的空間裡,最大型、最凶猛的恐龍也不是暴龍,而是電影《侏儸紀世界》(Jurassic World)裡以電腦繪圖繪製的狂暴龍(Indominus rex)。但誰在乎呢?暴龍依然是暴龍,不管是不是永遠穩坐恐龍界的重量級冠軍寶座,暴龍依然是白堊紀(Cretaceous)的主宰。除此之外,我打賭你找不到其他以恐龍為命名靈感的樂團(譯註:英國有個樂團就叫「暴龍樂團」)。

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Photo Credit:商周出版

典型的暴龍體長有十二公尺,不含尾巴的體長也有四公尺,體重將近七噸。為了長成如此一個龐然大物,暴龍從青少年時期就得不斷進行增重計畫,從十四歲起,每年要多長六百公斤直到十八歲,暴龍的壽命大約二十五年。雖然體型如此碩大,暴龍奔跑起來也逼近時速三十公里,果然是凶猛的捕食者。暴龍的咬合力道是美洲鱷的十倍,是地球有史以來,咬合力道最強勁的生物。然而,暴龍身上的一個特徵,長久以來一直困擾著專家學者:那對迷你的前肢。

一隻成年的暴龍前肢大概只有一公尺長,就跟籃球選手的手臂差不多長。一九○五年,美籍古生物學家亨利.奧斯朋(Henry Fairfield Osborn)描述史上首次發現的暴龍骨骼─當時只發現暴龍的上臂骨,也就是肱骨(humerus)─他根據想像,描述暴龍是一種前肢很長而且還有三根爪子的猛獸。直到一九八九年,人類才發現史上第一組完整的暴龍前肢骨骼,這些骨骼也確認了許多科學家在研究與暴龍相近的恐龍後所產生的推測:暴龍有一雙短得滑稽的前肢─甚至碰不到自己的嘴巴。

問題馬上就來了:這麼短的前肢有什麼好處?有些人認為這是退化留下的遺跡,想像小型肉食動物的祖先那雙用來抓獵物的前肢,慢慢萎縮變成暴龍那雙又短又壯的前肢。先不管暴龍的前肢到底有多短,它們可是一雙肌肉發達的前肢。從考古證據進行推論是一回事,根據暴龍的骨骼建立數學模型,輸入已知的數據來計算這雙前肢的能力,也是另一種可行的方法。兩者都指向相同的結論:暴龍的前肢強而有力,且動作迅速。

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事實上,說暴龍的前肢肌肉發達,恐怕還只是低估的說法。根據暴龍前肢骨的厚度(是人類臂骨平均厚度的三倍),骨頭上肌肉和肌腱的附著區域面積很大,可以推測暴龍的前肢厚度大概相當於人類大腿。暴龍的二頭肌與前臂的連接位置比人類更往前延伸,槓桿效率更好,再加上前肢周圍的肌肉也能幫忙出力,尤其是巨大的肩部肌肉。

有了這些力量,暴龍光是一隻前肢就能舉起將近兩百公斤的重量!如果演化方向是讓前肢慢慢退化,配給這麼強壯的肌肉就說不過去了。暴龍的前肢一定有特殊作用。

試試看:

把手往前伸直,接著觸摸你的肩膀。這個動作讓你的手肘經歷了一百六十五度的開合。暴龍的前肢因為充滿肌肉,肘關節只能開合四十五度左右,而且也不太能橫向移動,只能做些簡單的彎曲動作。

奧斯朋推測,暴龍的前肢之所以需要這麼多肌肉,原因跟性有關─不過,別忘了,他並不知道暴龍的前肢到底短得多誇張。那麼,這對超級有力卻顯然太小的前肢,到底有什麼作用?有些科學家把這點當作暴龍跑不快的證據。要是暴龍不小心被絆倒了,這麼短的前肢可沒辦法幫助牠起身。對身形如此龐大的暴龍來說,絆倒可有致命的風險:想想暴龍的體重,這一摔相當於六倍的重力砸在地上,而且也會造成骨折。不過看看地球上其他動物,不禁讓人對這個理論產生懷疑:長頸鹿衝刺起來時速有五十公里,要是摔倒了也可能會骨折;鴕鳥奔跑的速度也很快。但我們也沒見到這兩種動物前肢變得特別短小,所以暴龍實在沒道理會是例外。

一九七○年,古生物學家巴尼.紐曼(Barney Newman)提出了我最喜歡的解釋。他認為暴龍休息的時候呈現面朝下的姿勢,也就是大顎會碰到地面。那牠要怎麼起身呢?強而有力的巨大後腳提供力量,這時要是沒有反作用力,暴龍恐怕會腹部著地往前打滑。所以,紐曼認為暴龍會先把前腳的爪子插入地面,然後來個伏地挺身。這麼一來,暴龍的身體就能往後、往上移動,最後以後腳站立起來。

紐曼的想法沒有被推翻,但也並未普及。如今,學者著重的論點在於暴龍迷你的前肢和覓食有關,而且有證據顯示暴龍使用前肢的方式相當粗暴,現存許多暴龍的前肢骨骼化石都有缺口、裂痕或骨折,顯然是過度用力造成的結果。如果暴龍的前肢只是用來舉起獵物,很難想像怎麼會耗損得這麼嚴重。此外,也很難想像暴龍利用這麼短小粗壯的前肢來固定、壓制巨大的三角龍(Triceratop),好讓牠張開大口給獵物致命一擊。

暴龍究竟是強大的捕食者,或只是體型龐大的食腐動物?這個問題向來眾說紛紜,不過科學界的共識逐漸傾向暴龍是捕食者的說法。

加拿大古生物學者菲爾.科里(Phil Currie)認為,暴龍像狼一樣是集體打獵的動物。支持這項說法最有利的證據,就是暴龍的腦部是其他恐龍的三倍大─牠們得要夠聰明,才能在集體打獵時調配團體成員的行動。考古學家在英屬哥倫比亞發現一組由許多暴龍屬恐龍(可能是暴龍或是和暴龍有親緣關係的恐龍)並肩行走所留下的腳印,進一步支持科里的說法。

就算暴龍很聰明,但總還是有個限度。考古界有一副出名的三角龍化石,三角龍頭上有著巨大且帶有摺邊的頭盾,這隻三角龍的一根頭角斷了,而且頭盾的摺邊顯然被咬過。暴龍是唯一的嫌疑犯。三角龍的體型跟大象差不多,而且三角龍所有的攻擊武器和防護構造都在正面。對三角龍發動正面攻擊算聰明嗎?答案是否定的,一點都不。

你一定認為二十年前上映的電影《侏儸紀公園》(Jurassic Park)如此轟動,我們對暴龍的模樣一定瞭若指掌,尤其是對任何恐龍知識照單全收的孩子們。但事實顯然不是如此。來自康乃爾大學的三位教育家組成團隊,以大學生和大學以下的學生為對象,測試他們對暴龍的模樣有多少瞭解。一九○五年,暴龍首次出現在大眾面前,當時暴龍被描繪成直立站著、巨大尾巴拖在地上的動物(如插圖A)。

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不過,這純屬猜測─而且還猜錯了。繼續深入瞭解之後,科學家發現暴龍把尾巴拖在地上實在沒道理,更何況沒有任何一副肉食性恐龍的骨骼化石顯示出暴龍尾巴拖地的跡象。事實上,直立的姿態很可能會傷害暴龍身上好幾處關節,也包括髖關節。相反地,暴龍的站姿應該偏向水平狀態,頭部向前延伸,尾巴往身後延伸。這樣的暴龍走起路來搖搖擺擺,當巨大的後腳往前踩踏一步,身體重心跟著轉換時,尾巴也得左搖右擺,幫助身體保持平衡(如插圖B)。

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這麼一來,《侏儸紀公園》對暴龍的描繪並沒有錯(雖然暴龍出沒在白堊紀,而不是侏儸紀)。電影自一九九三年上映以來,已經有一個完整世代的孩子有機會接觸到暴龍正確的模樣。不過,前面提到康乃爾大學所做的實驗,得到的結果卻恰恰相反。這項研究請一百一十一名學生畫出暴龍站立的模樣;根據他們畫出的結果,暴龍脊椎和地面的平均夾角超過四十五度,反倒比較接近一九○五年人們對暴龍最原始的想像,而不是如今我們對暴龍模樣的理解,這個夾角應該趨近於零才對啊!

暴龍可說是全球知名的恐龍,多年來牠的模樣有了這麼大的轉變,卻無法烙印在恐龍迷的腦子裡,想來似乎有些不可思議。但事實就是事實。我就把罪怪在紐曼身上好了!

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書籍介紹

《為什麼的科學:Discovery科學節目主持人的包山包海趣味問答》,商周出版
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作者:傑.應格朗
譯者:陸維濃

貓咪真的愛你?狗狗真的知錯?暴龍的前腳為何這麼短?世界是不是真的很小?一張紙最多可以對摺幾次?牛頓真被蘋果砸過頭?伽利略有從比薩斜塔上丟球?關於生活中的為什麼,應博士給你最有哏的科學解答!

獲獎無數的科學作家暨Discovery節目主持人應格朗博士,是加拿大相當知名的科普知識推廣人。應博士在漫長的科學推廣生涯中探索過無數重要提問,現在,他將在《為什麼的科學》中輕鬆探索各種習以為常或眾說紛紜的現象背後有趣的科學原理。

除了幽默易懂的文字解釋,書中更搭配活潑手繪插圖,並輔以科學歷史、趣味事實、流言澄清、實驗建議,分享應博士最喜愛的日常生活科學大哉問。翻開《為什麼的科學》,保證你腦洞大開,還能充分滿足你的好奇心!

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Photo Credit:商周出版

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航


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