我们首次证明,柔软的脚跟垫对于蜥脚类恐龙的行为至关重要。根据对他们脚部的新数字重建,支撑了他们巨大的重量。
蜥脚类恐龙重达 50 吨,在世界生态系统中占据主导地位约 1 亿年,似乎在进化的早期就已经发育出柔软的足跟垫,这可能是蜥脚类恐龙成为有史以来最大的行走动物的关键一步地球。
我们的工作本周发表在期刊上科学进步。
“雷霆蜥蜴”
关于蜥脚类恐龙最值得注意的事情之一是某些物种的巨大体型:蜥脚类恐龙的脚在行走时会震动大地。
事实上,第一个被描述的蜥脚类恐龙的名字受到了广泛的欢迎,雷龙,意思是“雷霆蜥蜴”。
蜥脚类恐龙有长长的脖子和尾巴,用四根长长的柱状腿行走,但它们一开始并不巨大。
大约2.3亿年前,这些恐龙的祖先是小型的两足动物,看起来非常像它们的蜥臀目表亲,兽脚类恐龙;很可能不会比鸵鸟重。
但从大约 2.1 亿年前开始,蜥脚类恐龙的祖先体型开始增大,估计体重接近 1 吨。
最大的蜥脚类恐龙如阿根廷龙,巴塔哥泰坦,和在澳大利亚人中可能达到成人尺寸超过 50 吨其体型是当今最大的陆生动物非洲象的十倍以上。
不用说,这种体型的动物有巨大的脚。在西澳大利亚金伯利地区发现的一些蜥脚类恐龙足印长度超过 1.7 米,足够大多数人在其中洗澡!
但蜥脚类恐龙的脚究竟是什么样子,它们是如何支撑其主人成年后巨大的体重的呢?
追踪蜥脚类恐龙的踪迹
花了很多年的时间在金伯利追踪蜥脚类恐龙,我(史蒂夫·索尔兹伯里)长期以来一直在思考他们的脚在生活中可能是什么样子。
前脚看起来很像大象的脚,骨头排列成近乎垂直的半圆柱状,除拇指外的指骨大大减少。大多数蜥脚类恐龙的“手”印记通常是圆形或“豆形”的。
然而,尽管蜥脚类恐龙的脚通常被描绘成柱状,但它的脚与大象的脚有很大不同。蜥脚类恐龙拥有又长又灵活的脚趾,这一点可以从骨头之间的活动性。
化石足迹显示,它们可以张开脚趾,在走过不同表面时调整足部的张开——这不是我们今天在大象身上发现的。
长期以来,人们一直认为蜥脚类恐龙像其他恐龙一样用脚趾行走,踝关节离开地面。然而,许多蜥脚类恐龙的足迹都带有大“脚跟”的痕迹。
这导致了许多古生物学家推测蜥脚类恐龙有某种“脚跟垫”。但除了足迹之外,蜥脚类恐龙脚跟垫的确切证据仍然只是学术猜测。
我们的工作旨在改变这一现状。
走在巨人的脚下
安德烈亚斯·詹内尔了解了各种蜥脚类恐龙的足部骨骼的样子以及它们的足迹,因此开始尝试弄清楚它们的足部是如何工作的,这是他在昆士兰大学攻读博士学位的一部分。
我们还与奥尔加·帕纳吉奥托普鲁是现代动物尤其是大象的足部力学专家。
Andréas 为各种蜥脚类恐龙和蜥脚类恐龙前身的足部骨骼生成了 3D 数字模型。然后,他和奥尔加开始使用有限元分析技术来测试这些模型的强度。
他们比较了添加和不添加软组织垫时不同姿势如何影响足部的机械行为。
无论脚的姿势如何——脚趾着地,脚趾部分着地,或者仅脚趾尖着地——没有一个模型能够承受蜥脚类恐龙在生活中会遇到的机械力的大小,除非他们的“脚跟”下面还有一个软组织垫。
我们的研究结果表明,软组织垫可以缓冲整个足部骨骼,使其能够吸收负重期间的机械力。
简而言之,如果没有脚跟下方的垫子,蜥脚类恐龙足部的骨头就会在巨大的重量下压碎。
巨人的到来
蜥脚类恐龙的前身例如板龙传统上,人们将其重建为脚趾稍微抬离地面且没有脚跟垫的行走方式。
我们的模型现在表明,如果没有某种形式的额外衬垫,他们的足部骨骼就无法支撑他们的体重。
一些化石足迹被认为属于动物,例如板龙确实有证据表明脚垫开始在脚趾后面合并。
这种“初期”脚跟垫——刚刚开始开发——将与我们的型号保持一致。
蜥脚类恐龙祖先中早期足跟垫的存在为更坚固的结构的进化奠定了基础。
到 1.7 亿年前,第一批“真正的”蜥脚类恐龙的重量已超过 10 吨,它们的足迹显示出它们拥有发达的脚跟垫。
舞台已经搭好,在1000万到1500万年内,体重超过30吨的泰坦在地球上行走,巨型蜥脚类恐龙的多样化已经开始。它们将在未来一亿年里主宰世界生态系统。
史蒂文·索尔兹伯里,博士;生物科学学院副教授昆士兰大学;安德烈亚斯·詹内尔, 博士后研究员,柏林自然历史博物馆, 和奥尔加·帕纳吉奥托普鲁,高级讲师博士,莫纳什大学。