港產古生物學家領導研究 揭恐龍下顎演化與演變成鳥類之謎
很多人誤以為獸腳亞目 (Theropoda) 恐龍全是食肉獸,但其實牠們的飲食非常多樣,素食也不嫌棄。香港古生物學家馬慧芯率領伯明翰大學團隊的研究發現,暴龍和尾羽龍演化至後期,下顎變厚變彎,就是為了能進食不同種類的食物,而這種「飢不擇食」的本領,就是恐龍進化成現代鳥類的重要條件。
研究發表於權威科學期刊《當代生物學》,該論文表示,團隊對超過 40 個恐龍品種的下顎建立電腦模型,通過咬合模擬,研究牠們進食時的生物力學。結果顯示,不論是肉食性還是草食性恐龍,後期演化出的下顎均比早期品種的堅固且強度增加,變得更適合進食較硬的食物,但同時令咬合效率降低。
研究人員還發現,後期的下顎除了變得更厚,也出現整體形態向上或向下彎曲的現象。例如早期暴龍類如冠龍的下顎相對修長和直,而後來出現的特暴龍和暴龍的下顎,不但更深厚,前端更向上彎曲。植食性恐龍如偷蛋龍類尾羽龍,則有向下彎曲的下顎。
下顎強壯有助進食不同食物
生物力學分析顯示,這種彎曲形態有助在咬合食物時,分散所產生的壓力,以減低下顎骨因此而受傷破裂的機會。領導研究的伯明翰大學古生物學博士生馬慧芯指出,很多人誤以為獸腳亞目恐龍全是肉食性,但其實牠們的飲食非常多樣,包括雜食性和植食性。而這個下顎強化的趨向,令牠們有能力吃更多不同種類的食物。
團隊認為,飲食上的多樣性有助減低獸腳類恐龍之間的競爭,增加了牠們整體的生存機會。因此,這可能是牠們在中生代成功大規模繁衍,並最終演化出鳥類的其中一個因素。
對史前生物好奇引發深造興趣
為何團隊集中研究恐龍的下顎?馬慧芯接受《立場》查詢時說,因為下顎的功能相對上顎單一,只集中用於進食,而上顎形態則有可能因其他頭骨功能而受到影響,例如嗅覺和神經系統。因為此研究針對進食機制的演化,所以只研究了下顎化石。恐龍在進食時,需要上下顎共同配合,但一般認為,下顎的形態和特徵更能反映生物的飲食狀態。
下顎結構堅固對進食很重要,馬慧芯說,生物在咬合食物時,下顎骨會受到壓力,如果壓力過大可能會造成下顎骨折受傷。變得堅固的話,就能避免這種狀況,讓恐龍可以在不受傷的前提下,進食較堅硬的食物。
在香港,研究古生物的學者不多,馬慧芯有志於這門科學,她解釋說:「在地球的歷史中有很多生物存活過,而我們現時能看到的只有很少數。所以我對史前生物很好奇,因為牠的外觀和生物學跟現代的可能很不同。」
她認為,研究古生物對了解現代生物也有作用。她指出,鳥類是由獸腳類恐龍演化而來,所以研究恐龍對了解鳥類的起源非常重要,也能讓科學界了解古脊椎動物如何隨著周遭環境改變而演化。此外,由於大眾一般對恐龍感興趣,恐龍研究也有助令科學研究更普及。
報告:
Ma, W.S., Pittman, M., Butler, R..J. & et al. (2021). Macroevolutionary trends in theropod dinosaur feeding mechanics. Current Biology. doi: 10.1016/j.cub.2021.11.060