隔著七千萬年，也能把恐龍的體溫測出來！

2023-04-01 07:49:44

可以測量恐龍7000萬年的溫度！

中國科普博覽會

製作:科普中國

製作:秦子川(恐龍X隊)製作:

製作人:計算機網絡信息中心

由於最近新的皇冠疫情，體溫測量已成為人們的日常工作

志願者正在測量居民體溫(新華網肖、勇攝)。

人的正常體溫在36到37攝氏度之間。你想過滅絕的恐龍的體溫嗎？既然我們想知道恐龍的溫度，我們可以直接測試一下！最近，耶魯大學和劍橋大學的科學家說，我們可以每隔7000萬年測量一次恐龍的體溫。科學家使用了什麼樣的法寶？

恐龍到底是什麼動物？

體溫測量是可行的，因為人類是典型的嗜溫動物。吸熱動物可以獨立地將內部環境溫度穩定在相對固定的範圍內，並且不會受到環境的很大影響。每個體溫正常的動物的體溫是不一樣的。一般來說，新陳代謝較快的動物體溫較高，如一些小鳥，體溫可達40攝氏度以上。

等等，我聽說過溫血動物，冷血動物，什麼是內生動物？有嗜溫動物。有嗜溫動物嗎？

內部溫度是指生物體能夠維持其身體新陳代謝的溫度，主要依靠自身產生的熱量來維持其體溫，而不是主要依靠環境的熱量。典型代表是大多數哺乳動物和鳥類

放熱指的是主要依靠外部熱源的熱量來調節體溫的生物體。因此，它們的體溫隨著環境溫度而變化。蜥蜴、鱷魚和大多數海龜都是放熱的。

由嗜溫動物和高溫動物以及嗜溫動物和放熱動物組成。

嗜溫生物的體溫調節能力介於兩者之間，它們通常可以通過自身產生的熱量保持體溫高於環境溫度或在一定範圍內。然而，不可能像嗜溫生物那樣將體溫維持在非常高和穩定的水平。活著的動物很少有代表，包括稜皮龜、單孔類哺乳動物等。

和高溫也被稱為慣性恆溫巨型溫暖動物由於體積大，表面積相對較小，散熱能力相對較小。散熱能力的降低導致它們保持非常高的體溫，儘管它們的代謝能力不如典型的嗜溫動物。

好，讓我們回到恐龍的話題

研究活的動物是否是嗜溫動物，這只能通過溫度計來解決。然而，很難直接測量像霸王龍這樣已經從地球上滅絕的動物是否是嗜溫動物。分類學研究認為恐龍和活著的爬行動物(尤其是鱷魚)是鳥類的近親和直系祖先。然而，爬行動物和鳥類只是分為放熱和吸熱。

由於這種複雜的關係，關於恐龍是否是嗜溫動物一直存在廣泛的爭論。霸王龍

△圖1感覺熱嗎？(圖片來源:https://www . syfy . com/syfy wire/t-rex-on-fire-royal-峽谷-恐龍-experience)

古生物學家已經嘗試了許多方法來解決這個問題。然而，沒有人能帶著溫度計穿越到6600萬年前，找到一隻霸王龍來測試(人們不希望它非常合作地找到它)所以以前，科學家主要是通過恐龍的其他生理特徵和形態結構來研究恐龍是否是嗜溫動物。

隨著研究的深入，許多證據支持恐龍可能具有嗜溫甚至嗜溫的特性。然而，由於缺乏直接數據，對恐龍體溫調節的描述一直處於非常模糊的狀態(見文章:恐龍是溫血動物還是冷血動物？

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

△圖2通過恐龍和其他動物生長速度的間接證據，科學家認為恐龍的溫度代謝接近於嗜溫動物。(圖片來源:https://uanews . Arizona . edu/story/were-恐龍-寒冷-封閉-或-戰爭-封閉-兩者都不研究-發現)

"溫度計"

實際上，恐龍的體溫是可以測量的

的科學家依靠δ47碳氧同位素集群溫度計，而不是月球寶箱或時間機器

你一定想問:「還有這樣一種可以穿越時間的溫度計嗎？！

不是固體溫度計，而是一種地球化學研究方法δ47碳氧同位素聚類溫度計是近年來恢復古溫度的一種新的地球化學方法，在古環境變化中得到了廣泛應用。它們中沒有多少被應用於古生物學，更不用說恐龍化石了。

介紹了這種方法，我們將從這種方法的前身氧18同位素溫度計開始。

說到同位素，大多數人肯定會聯想到「放射性」這個聽起來不安全的術語。事實上，同位素是指同一元素的不同核素，具有相同的質子數和不同的中子數。同位素分為穩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)的原子核不穩定同位素，如著名的鈾235另一方面，穩定同位素往往具有穩定的結構和較長的半衰期，這僅顯示質量數的差異，從而導致物理和化學性質的極小差異。

氧18同位素是由8個質子和10個中子組成的穩定同位素它們的數量比常見的氧氣16少得多，豐度約為0.21%氧氣18和氧氣16一樣穩定。在大多數情況下，它們在水中和空氣中是正常的，除了稍微重一點，並沒有什麼異常。

的兩種穩定同位素圖3氧元素，氧16和氧18(圖片來源:維基百科)元素

的同位素在物理、化學、生物和其他反應中以不同的比例分布在不同的物質中。我們稱這種現象為同位素分餾讓我們以氧同位素為例。水分子含有氧元素。當水蒸發時，更多含有較輕氧同位素的水分子進入水蒸氣，就像瘦子跑得比胖子快一樣。

，在不同的溫度條件下，輕、重同位素以不同的速度「運行」。根據這一原理，如果我們知道輕同位素和重同位素在某一環境中的分布差異，即分餾的結果，我們就能推斷出這一環境的溫度。基於這種巧妙的方法，古環境學家恢復了地質歷史時期的溫度變化。我們現在可以談論的全球變暖在某種意義上是由於古環境學家成功地恢復了古環境溫度。

Power Plus溫度計測得恐龍牙齒溫度

隔壁的古生物學家看到隔壁的古生物學家取得如此成就時，一定會不甘示弱這個可以測量古代溫度的溫度計，為什麼不用它來測量古代化石呢？後來，古生物學家也開始用氧18同位素溫度計來測量化石的溫度，但經過幾輪研究後，人們發現...

似乎不是很有用！這裡最大的問題不是我們不能測量它，而是我們不知道溫度是多少。

△圖4為陸生生物。恐龍體內氧18同位素來源複雜，環境依賴性強。海拔、植被、離海距離等因素都會影響氧18同位素含量(照片來源:時代雜誌，http://content.time.com/time/health/article/0, 8599，2113743，00.html)

。因此，儘管有一些基於氧同位素溫度計的研究來恢復古生物的體溫，甚至在恐龍當中，它們也參與其中，但是由於上述不確定性，它們還沒有被認為是直接的證據雖然取得了一些成果，但還沒有得到廣泛認可。幸運的是，δ47碳氧同位素集群溫度計技術的發展給古生物學家帶來了新的曙光。簡而言之，這種溫度計是傳統氧氣18溫度計的「功率增強型」。δ47碳氧同位素簇溫度計是基於碳重同位素碳13和氧重同位素氧18之間的結合程度來推斷碳氧化學鍵形成時化學反應周圍的溫度換句話說，在不受大環境影響的情況下，可以精確測量礦物形成周圍「小區域」的溫度。

△圖5恐龍化石中δ47碳氧同位素集群溫度計應用原理概述(照片來源:https://dinotopes . WordPress . com/2015/01/21/the-best most-恐龍中心-應用-聚集-同位素-ever/)古生物學是地質學和生物學的交叉學科，生物學的概念給這種新方法提供了更廣闊的使用空間，即環境

如上所述，內部溫度動物可以在高於環境溫度的值附近保持內部環境溫度相對穩定。然而，氧18同位素溫度計的缺點恰好是環境因素對結果的影響太大。尚不清楚測量的溫度是「體溫」、「環境溫度」還是兩者的混合物。δ47碳氧同位素集群溫度計正好解決了這個難題。測量的溫度是碳酸鹽礦物形成周圍小環境的溫度，從理論上可以確定化石的體溫。

對於古生物學家來說，說這種方法具有革命性並不為過！加州大學洛杉磯分校的環境地球化學學者羅伯特·伊格爾(Robert Eagle)在2011年將這一方法應用於恐龍牙齒化石的琺瑯質，並從牙齒化石中的δ47碳氧同位素集群溫度計推斷出恐龍的體溫。

從牙齒到恐龍蛋恐龍的體溫是多少？羅伯特·伊格爾的研究論文

一經發表就引起了極大的關注。許多生物學家從生物學的角度質疑這項工作:牙齒的溫度真的代表了這種動物的體溫嗎？

通過研究活的動物，特別是大型動物，科學家發現許多動物都有一種叫做「熱鑲嵌」的生理現象簡言之，動物的體溫分布不均勻。可能只是軀幹核心的溫度相對較高且恆定，而身體角落的體溫相對較低。這些牙齒並不存在於恐龍軀幹的核心(相反，蜥腳類動物的脖子很長，嘴裡的牙齒離軀幹更遠)。因此，測得的牙齒溫度只能說是口腔的溫度，而不能代表恐龍的溫度。短吻鱷

△的紅外熱像圖6顯示，其口鼻溫度明顯低於其軀幹溫度。換句話說，它的溫度分布模式是「馬賽克」(圖片來源:http://cool cosmos.ipac.caltech.edu/cosmic _ games/hide _ seek/鱷魚. html)

我們知道恐龍化石是由骨頭保存的，而恐龍體腔的核心部分，即恐龍的內部器官，不是由化石保存的如果從恐龍骨骼中恢復出δ47碳氧同位素集群溫度計的溫度，結果將永遠受到質疑，這並不代表恐龍「血肉」的溫度然後呢？畢竟，恐龍保存的骨骼、血肉是無法保存的。

不知道羅伯特·伊格爾的團隊是靈機一動還是上級指示的。他們把實驗材料變成了另一種化石材料——恐龍蛋。為什麼是

恐龍蛋？

讓我們用雞(也是一種活著的恐龍)下蛋來恢復它。256±199隻母雞的卵巢中約有4000個初級卵母細胞。首先卵黃物質沉積在卵母細胞周圍，然後卵母細胞進入輸卵管。卵黃在輸卵管的漏鬥中與精子結合形成受精卵。受精卵繼續下降，並被輸卵管腫脹部分的蛋白質包裹，形成蛋清。然後形成蛋殼膜，然後進入子宮，最後鈣沉積在蛋殼膜上，形成蛋殼和蛋殼外的薄角質層保護膜

，也就是說，對於蛋殼來說，蛋殼本身的碳酸鈣是在子宮附近形成和沉積的。女性生殖系統，包括子宮和輸卵管，通常存在於女性體腔的核心位置。只要測量蛋殼的溫度，就可以推斷出動物內部環境的溫度。

不得不稱讚，這個想法真是天才！

實驗過程基本不變，只有分析材料需要用更常見的恐龍蛋殼化石代替。羅伯特·伊格爾的團隊報告了2015年另外兩隻恐龍的體溫。他們的研究發現，巨型長頸蜥腳類恐龍的溫度較高，在35℃至38℃之間，溫度可與大多數生活在中溫環境下的哺乳動物相比，略低於溫度較高的鳥類。然而，獸腳類恐龍的溫度較低，約為32℃，在放熱動物的溫度範圍內，溫度低於典型的吸熱動物。也就是說，小型獸腳類恐龍的體溫較低，而大型蜥腳類恐龍的體溫較高。這似乎證實了一些學者先前對恐龍體溫調節的判斷——高溫(簡單來說，體溫相對較高是因為它體積大，散熱能力低)

△圖7羅伯特·伊格爾的研究結果表明，蜥腳類動物的體溫在放熱範圍內，而蜥腳類動物接近哺乳動物的體溫。(Eagle等2015)

待解決的三個新問題

新研究解決了舊問題，但很快新問題出現了

首先是一個生物學問題我不得不說，雖然這個研究實驗的設計非常巧妙，但是取樣實在太少了。儘管恐龍和恐龍蛋很罕見，羅伯特·伊格爾團隊在兩項研究中採集的樣本甚至不能代表整個「非鳥類恐龍」在恐龍的分類框架下，一個重要的進化分支-鳥-臀恐龍，沒有被包括在這項研究中。

也有一個基本但容易被忽略的問題。也就是說，當在測量體溫後討論一個有機體是否是內部溫度動物時，焦點是「保持體溫高於環境溫度的能力」，而不是「體溫的絕對值」換句話說，理想情況下，我們應該看到測得的恐龍體溫和環境溫度，並計算兩者之間的差異。如果差別非常明顯，我們就能真正證明恐龍是嗜溫動物。在羅伯特·伊格爾團隊的兩項研究中，研究的化石來自白堊紀的中低緯度地區。白堊紀的環境溫度本來就很高。測得的較高溫度可能不是因為這些恐龍是嗜溫動物，而是因為環境非常熱。這是一個活生生的例子。一些在恆溫溫室中飼養的蜥蜴和烏龜也可能有很高的體溫，但這不是由它們控制的，而是取決於外部環境。

此外，地質領域的一些問題還有待解決。生物死亡後化石的形成需要長時間的埋藏和成巖作用。剛剛鋪好的蛋殼記錄了母親核心的溫度，但是在埋了7000多萬枚蛋殼後還可以嗎？事實上，如果化石在埋藏和成巖過程中經歷重結晶和再結晶形成新的碳酸鹽，這些碳酸鹽帶來的溫度信息與母體無關，而是反映了地質過程中的溫度。

可能是由於前面的荊棘路，或者由於苛刻的實驗條件，δ47碳氧同位素集群溫度計在恐龍中的應用從此停滯了近五年。2020年2月14日，耶魯大學和劍橋大學的地質學家羅賓·道森(Robin Dawson)和古生物學家丹尼爾·菲爾德(Daniel Field)在《科學進展》(Science Advance)雜誌上發表了基於δ47碳氧同位素集群溫度計方法的恐龍內部溫度最新研究。

雖然基本的研究方法是從羅伯特·伊格爾的團隊繼承來的，但研究樣本中也使用了恐龍蛋殼然而，通過新的研究方法和比較方法，新的研究工作在很大程度上解決了羅伯特·伊格爾團隊研究中的不足，進一步拓寬了人類對恐龍體溫問題的理解。

對恐龍蛋的成巖作用和重結晶作用有影響。本研究採用蛋殼形態學、元素示蹤、陰極發光顯微鏡等研究方法對所涉及的恐龍蛋材料進行研究，評價地質過程對蛋殼的影響，並通過反算消除地質過程的影響。

研究還首次對鳥臀恐龍的代表人馬座恐龍蛋進行了δ47碳氧同位素集群溫度計的研究。此外，為了避免低緯度地區的研究資料不能證明內部溫度，本研究中的大部分資料來自高緯度地區(加拿大和羅馬尼亞)。該研究還使用相同的方法測量同一地層中的軟體動物和植物的溫度來表示環境溫度，然後獲得環境溫度和體溫數據之間的差異。

此外，本研究中所研究的蜥腳類恐龍的蛋殼來自羅馬尼亞侏儒蜥腳類，這是一種小型蜥腳類動物，經歷了島嶼小型化。這樣的體溫研究結果也可以用來討論前面提到的恐龍是否是高溫動物的問題。

根據羅賓·道森的文章估計，加拿大獸腳亞目恐龍——傷齒龍——的三個蛋殼樣本測得的溫度差相對較大，分別為38℃、27℃和28℃，但它們明顯高於環境溫度。作者認為，這意味著小型獸腳類恐龍可能有一定範圍的溫度變化，但它也有相當高的溫度自我調節能力。

鳥臀恐龍人馬座的體溫要高得多。不考慮成巖作用的影響，它們的體溫估計在40℃以上，最高可達44℃，這真是一種「高燒」！相對來說，雖然羅馬尼亞的侏儒蜥腳類動物的溫度相對較高，但並不極端，大約36攝氏度，非常接近人體溫度。

與此同時，羅賓·道森發現，羅馬尼亞侏儒蜥腳類動物的體溫與羅伯特·伊格爾團隊先前計算的較大蜥腳類動物的體溫相差不大。侏儒蜥腳類動物和大型蜥腳類動物的體重要低10倍，但是體溫非常接近，她認為蜥腳類動物沒有「高溫」至少，可以說在蜥腳類恐龍中，體型和體溫的關係不大。

△圖8恐龍體溫與其體形(X軸)和生活環境溫度(Y軸)之間的關係，目前已測量過(Dawson等人，2020)

研究了所有現存的δ47碳氧同位素集群溫度計對不同恐龍群體(鳥屁股、蜥腳類動物和獸腳類動物)的溫度估計，我們可以發現，儘管恐龍體內的溫度不同，但它明顯高於環境溫度。作者從整體上評價了恐龍的溫度調節能力，認為它們應該與嗜溫動物類似，如稜皮龜。系統研究表明，這種能力存在於恐龍進化的各個分支中，這意味著這種相對活躍和主動的體溫調節策略可能是恐龍祖先的「傳家寶」。也許這也是它們能夠統治中生代土地的原因之一。

△的後代。圖9恐龍是典型的嗜溫動物、鳥類；然而，恐龍的遠親鱷魚是典型的放熱動物。目前，對不同種類恐龍的體溫測量表明，所有非鳥類恐龍都可能具有主動的體溫調節能力，以保持體溫高於環境溫度。(dawson等人，2020年)

主要參考文獻:

dawson r，fieldd j，hullpm等人，蛋殼地球化學揭示了恐龍[的祖先代謝溫度調節。科學進展，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)蛋殼中的同位素排序反映了體溫，表明了兩種白堊紀恐龍不同的熱物理學。《自然通訊》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)。根據化石生物礦物中同位素(C-13-O-18)排序確定的恐龍體溫。『科學333(6041):443-445.

格雷迪J M，恩奎斯特B J，德特威勒-羅賓遜E，等.恐龍中熱的證據[J]。科學，2014，344(6189):1268-1272.

Zaarur S，Affek H P，Brandon m t a校正的塊狀異麥芽溫度計[j]。地球和天文館科學快報，2013，382: 47-57.

篇文章僅代表作者的觀點，並不代表中國科學博覽會