如何鉴定已灭绝动物性别?它们如何交配?

发布时间:2019-05-02  栏目:科技中心  评论:0 Comments

(Vicko238/译,锦衣Reload、Ent/校)“它是一个裂口,像这样,”雅各布·文瑟尔(Jakob
Vinther)把双手拢起来,打开又合上,像是木偶的嘴巴,“就是这样。这就是恐龙的泄殖腔的样子。”

文·本报记者 付丽丽

倘若各位不熟悉自然科学家常常很三俗的世界,请容我解释一下。泄殖腔就是大多数脊椎动物用来排泄和性交的开口。这是一个全功能出口也是一个入口。来自布里斯托大学(University
of
Bristol)的雅各布·文瑟尔和他的同事正在描述唯一已知的恐龙泄殖腔。这属于一只精美的鹦鹉龙(Psittacosaurus)标本,保存了包括皮肤纹理甚至颜色在内的细节。他们即将完成有史以来第一个描述恐龙隐私部位的研究。

随着考古发现的日益增多,恐龙,这个与我们素未谋面的2亿年前的地球霸主在人们面前逐渐变得鲜活生动起来。尽管如此,关于恐龙仍有很多待解的谜题,而恐龙究竟是如何进行“传宗接代”的就是其中之一。

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交配前探查泄殖腔的林岩鹨(Prunella modularis)。图片来源:Arend
Vermazeren/Wikimedia/ Arend Vermazeren

继今年6月底公布琥珀中的古鸟类标本后,12月9日,中国地质大学博士邢立达与加拿大萨斯喀彻温省皇家博物馆教授瑞安·麦凯勒团队又爆出一个更加惊人的消息:他们在琥珀中发现了有史以来第一件恐龙标本。“它是人类迄今为止发现的最‘鲜活’的恐龙形态。”邢立达如是说。

恐龙是如何交配的?我这么问文瑟尔。他在酒吧里比划出来的那个场景最好还是别描述了。但是这让我开始思考化石记录里的性问题。已灭绝的动物是如何交配的?由于化石记录中没有DNA来为此提供答案,我们可以从灭绝动物的解剖学特征里找到什么性别的提示呢?换言之:怎么鉴别雌性恐龙和雄性恐龙?

随着考古发现的日益增多,人类解开了很多关于恐龙的秘密,让这个与我们素未谋面的2亿年前的地球霸主在人们面前逐渐变得鲜活生动起来。尽管如此,关于恐龙仍有很多待解的谜题,而恐龙究竟是如何进行“传宗接代”的就是其中之一。

众所周知,性是在苏格兰发明的。最近发表的关于盾皮鱼化石——发现于苏格兰地区泥盆系湖区(约3.65亿年前)——的文章为这种灭绝动物如何交配提供了证据。在今天的软骨鱼中,腹鳍后面有一望即知功能的抱握器;交配时,雄性通过抱握器将精子传给雌性。而有些早期的雄性鱼类化石中也发现了这种结构,显示这种鱼类性交方式有古老起源。这些苏格兰化石是最早的脊椎动物性别的证据之一。

骨骼区分有困难,安能辨“龙”是雌雄?

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根据苏格兰地区发现的化石资料复原的盾皮鱼纲小肢鱼(Microbrachius
dicki)交配场景。图片来源:Dr Brian Choo/Flinders Universit/PA

要揭开恐龙交配之谜,首先要弄清楚恐龙的性别。而在缺失生殖器化石证据的情况下,识别恐龙雌雄,这事说起来容易做起来难。

从解剖学上讲,两性间最明显的差异往往在生殖器官。对于无脊椎动物,化石记录中的性器官十分多样。昆虫中,生殖器结构不仅能指示性别,也常用来作为命名新物种的判定特征。但因为昆虫没有骨头,所以这类的古老材料很少保存下来。

“传统上,我们依据恐龙骨架的一些形态差异,比如通过骨架粗壮还是纤细,通过装饰性结构的有无,来推断雌雄,但这样得出的结论常常不准。”中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员徐星说。

在湿软的鱿鱼、章鱼和其他头足类动物中,雄性有一个用来交配的专门手臂(不是触手)叫做交接腕(hectocotylus)。雄性可以在交配中以“传包裹”的方式将精囊传给雌性,有些物种甚至会直接把交接腕扯掉递给雌性。和很多其他生殖器官一样,这个交接腕是软组织,所以不太可能形成化石。正因为软组织形成化石非常罕见,所以文瑟尔研究的恐龙泄殖腔才不平常。

由于在骨骼上区分雌雄恐龙实在太困难,所以科学家们一直在寻找其他证据。

而关于恐龙的性别鉴定,即使有骨骼留存也不一定能让事情变得简单。以迪皮(Dippy)来说吧:它是伦敦自然史博物馆(NHM)著名的蜥脚恐龙骨骼铸型,正在英国巡回展出。当被问及迪皮是“女士”还是“先生”,NHM的保罗·巴莱特(Paul
Barrett)教授说:“很遗憾,我们并不清楚迪皮的性别。实际上,通过骨骼来判断一只恐龙的性别几乎不可能。”化石铸型又让事情更加混乱,因为这些复制品经常为拼合物——用来复制的各部分取自不同的恐龙标本,而这些标本可能性别不同。

2000年,一具特殊暴龙化石的发现,揭示出一种全新的识别雌雄恐龙的方法。此前,科学家发现,当有些种类的鸟类处于产卵期时,后肢的股骨骨髓腔里,会产生一层薄薄的名为“髓质骨”的组织。而当时,北卡罗来纳大学的玛丽·H·施魏泽在检查这具暴龙化石的股骨时,也发现了这种名为髓质骨的组织。由于该组织富含钙质,能为蛋壳的生成贮存原料。因此,可以认定这具暴龙化石是雌性,并且是在怀孕时死去的。这一发现证明,不光是恐龙的后裔鸟类,雌性恐龙至少在怀孕时,也会在股骨中生成钙质层。“但这种方法有局限性,仅能辨别出产蛋期的雌性恐龙。”徐星说。

但是恐龙性别是可以被确定的。巴莱特继续说:“现在保险的方法只有两种,两种方法都是用于鉴别雌性恐龙的。其中一种是在骨骼间特定位置找到保存下来的蛋,这种方法有过先例但是极其罕见。另一种是确定长骨中的一种特殊骨组织,叫做髓质骨(medullary
bone)。”

此外,“找到那些体内还怀有恐龙蛋的雌性恐龙化石,这也是一个明确的鉴别方法。”中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员尤海鲁说。

髓质骨作为一种储钙池,位于骨骼内壁上。在雌性鸟类准备生蛋时会生成髓质骨。髓质骨也见于鸟类化石和非鸟恐龙化石中。一些恐龙被认定为繁殖期雌性就是因为髓质骨的存在,最有名的一例是一个霸王龙(T.
rex)标本。虽然这种方法能帮助挑出即将生育的雌性恐龙,但是却不能分辨出非繁殖期的雌性恐龙和雄性恐龙。

长冠长刺长羽毛,恐龙用什么吸引异性?

“这是未解决的大难题,除非在地球化学上出现有想象力的新线索,否则这个问题可能无法攻破。”巴莱特总结道。

在交配之前,恐龙得先吸引异性。古生物学家曾怀疑,恐龙身上许多夸张的装饰,比如头冠、棘刺、骨板、角,都是为了吸引异性而生。

一个非常有趣的著名雌性化石例子,是一个被昵称为“T夫人”的达尔文翼龙(Darwinopterus)化石标本。翼龙不是恐龙,而是一种与恐龙完全不同的可以飞翔的爬行类动物,与恐龙同时生活在中生代。一件出土于中国的中侏罗世翼龙骨架中,一颗石化的蛋窝在双腿间,这也许是母体死后分解过程中被推出体外的。研究人员注意到了这只翼龙骨盆宽阔,没有头冠,这与发现的同种类的其它标本不同。他们得出结论,这只翼龙是雌性,而且对于这种翼龙——可能很多其他物种也一样——雄性的头冠更大。

尤海鲁认为,蜥脚类恐龙长长的脖颈,可能也具有类似的功能。尽管进化出夸张的超长脖子最有可能的原因是,这样能让恐龙吃到更多的食物,但也有可能增加它们在交配期吸引异性的机会。

针对展示结构(如头冠和其他装饰)的性选择在现生动物中已经众所周知:孔雀尾羽和鹿角是两个明显的例子。当有足够多的雄性和雌性的化石为人所知,这种展示结构将会明白无误地指明一件化石为雄性。但是在翼龙头冠这件事上还远没有定论。一些研究者提出,两性翼龙可能都有头冠,只不过头冠会随着年龄增长而变大。T夫人也许其实是头冠还未发育的T小姐。

对此,徐星表示,恐龙如何吸引异性是很难研究的一个问题,因为很少有直接的证据。“我个人认为一个很有趣的可能是恐龙通过各种形态的羽毛及颜色来吸引异性。现在有证据显示,整个恐龙家族可能都长有羽毛,正是多彩的羽毛,导致了恐龙的多样性,从而也使其成为中生代陆地的霸主。”徐星说。

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