像航空巧克力一样的骨头：帮助恐龙飞翔的进化适应

恐龙曾经主宰了地球的景观。Credit: AmeliAU/Shutterstock

（蜘蛛网eeook.com）据美国物理学家组织网（by Sally Christine Reynolds, The Conversation）：有时很难想象我们称之为家园的星球，有着巨大的城市和宁静的农田，是如何被像公共汽车和五层楼那么大的恐龙统治的。但最近的研究有助于加深我们对恐龙为何盛行的理解:答案可能在于它们特殊的骨骼，结构像航空巧克力。

巴西古生物学家蒂托·奥雷连诺发现，充满小气囊的空心骨骼对恐龙的生存非常重要，它们在不同的谱系中独立进化了几次。

根据这项研究，充气骨骼进化成三个独立的谱系:翼龙，技术上是飞行的爬行动物，以及两个恐龙谱系兽脚亚目恐龙(从乌鸦大小的小盗龙到巨大的霸王龙)和蜥脚类恐龙(包括腕龙在内的长颈食草动物)。研究人员将注意力集中在巴西南部大约2.33亿年前的三叠纪晚期。

动物每繁殖一次，进化就会在遗传密码中抛出随机变异。其中一些变异会遗传给后代，并随着时间的推移而发展。

查尔斯·达尔文认为进化创造了“最美丽的无尽形式”但有些适应会一次又一次地自发出现，有点像在多个场合拿到同一手牌。当同一只手不断出现时，这表明进化已经找到了一个重要而有效的解决方案。

巴西团队研究的变体是充气椎骨，这将增强恐龙的力量并减轻它们的体重。

中空的恐龙骨骼，结构有点像巧克力，被证明是一个主要的优势。Credit: Kev Gregory/Shutterstock

你经常从亚马逊或其他在线零售商那里收到的包裹是用瓦楞纸板包装的，这和充气骨头有着同样的优势。它很轻，但很结实。

瓦楞纸板，或第一次被称为折叠纸，是一个人造的设计实验，获得了巨大的成功，现在是我们日常生活的一部分。它于1856年在英格兰获得专利，最初是为了支撑当时在维多利亚时代的英格兰和美国流行的高顶礼帽而设计的。

三年后，达尔文发表了他的《物种起源》,概述了创造优势的进化特征比没有优势的变异更有可能遗传给后代。

CT扫描技术使得奥雷连诺和他的同事们能够窥视他们所研究的岩石般坚硬的化石内部。没有现代技术，就不可能观察化石内部并探测脊柱中的气囊。

研究发现没有共同的祖先有这种特征。这三个群体一定都是独立发展出气囊的，而且每次的方式都略有不同。

气囊可能提高了恐龙血液中的含氧量。三叠纪气候炎热干燥。因此，血液中循环的氧气越多，冷却恐龙身体的效率就越高。这也将使他们行动更快。

气囊支撑并加强了恐龙骨骼的内部结构，同时为强大的肌肉创造了更大的附着表面积。这将使骨头能够长得更大，而不会使动物负重。

扁平骨头的解剖学。Credit: OpenStax College, CC BY

在活着的鸟类中，充气骨骼减少了整体质量和体积，同时增强了骨骼的强度和硬度——这是飞行的基本特征。

古生物学不仅讲述了如果没有那颗臭名昭著的小行星，地球可能会是什么样子，而且还帮助我们了解仍然活着的生物的进化。

这种恐龙遗产的回声存在于当今许多活着的动物身上。不仅仅是死去很久的动物发现这种适应很有用。今天生活的许多鸟类依靠中空的骨头来飞行。其他动物使用气囊来支撑和加强它们的大骨头和头骨，而不会使它们负重。

一个很好的例子是大象头骨。大象头骨内有巨大的气囊，可以让大象移动巨大的头部和沉重的长牙，而不会拉伤颈部肌肉。

人类大脑还受到两层坚硬致密的骨骼(内层和外层)的保护，这两层骨骼之间夹着一层较软的海绵状充气骨，即所谓的二倍体。这使得我们的头骨很轻，但是很坚固，能够吸收对头盖骨的冲击。

这些是趋同进化的例子，动物反复面对同样的问题，每次都进化出相似的——但不总是相同的——解决方案。今天的动物和恐龙一样遵循着相同的进化剧本。