图中描绘了9500多万年前，棘龙穿越摩洛哥的河流追逐帆锯鳐的场景。一项新研究发现，棘龙及其至少一个近亲拥有致密的骨骼，这符合它们的水生生活方式。图源：DAVIDE BONADONNA
Matteo Fabbri在摩洛哥的骨骼遗址挖掘富含棘龙骨骼的碎片。Fabbri和同事后来从这堆骨头碎片中找到了棘龙的部分头骨。摄影：DIEGO MATTARELLI
在国家地理探险家Nizar Ibrahim领导的勘察任务中，Fabbri（左）和同事Simone Maganuco（中）以及Davide Bonadonna（右）正在将摩洛哥棘龙遗址当天的发现编入目录。摄影：NANNI FONTANA
据美国国家地理中文网（撰文：MICHAEL GRESHKO译者：陌上花开）：9500多万年前，一个强大的河流系统流经现在的摩洛哥撒哈拉沙漠，为科学界所知的最不寻常的恐龙之一——棘龙——提供了家园。棘龙长约15米，重达7吨，口鼻部类似鳄鱼，有锥形牙齿。
古生物学家一致认为棘龙及其近亲与水有着密切的联系，但多年来，他们一直在争论这种奇特的生物到底是像“河怪”一样在水中游动，还是像巨鹭一样在岸边涉水徘徊，抑或是介于两者之间。
现在，研究人员利用从棘龙中收集到的最大数据集，将这一史前食肉动物的骨密度与大量现存和已经灭绝的动物进行了比较。分析发现，棘龙以及其英国的近亲——重爪龙——拥有像企鹅一样的高密度骨壁，这表明它们可能大部分时间都在水中度过，还会捕食水生猎物。
“棘龙可能有时也涉水，但它的生态学特征与水生生活方式相吻合，”该研究的主要作者、伊利诺伊州芝加哥菲尔德自然历史博物馆的博士后研究员Matteo Fabbri说道。
发表在《自然》杂志上的新发现进一步证实了这一观点，即棘龙科（包括棘龙及其近亲在内）已经适应了水生生活，它们是除鸟类之外唯一已知的有此特点的恐龙。最近发现的第一块棘龙尾部化石呈奇怪的桨状，可能在棘龙游泳时发挥作用。
“骨头不会说谎，”国家地理探险家Nizar Ibrahim说道，他是这项研究的资深作者，也是英国朴茨茅斯大学的古生物学家。“棘龙的水生特性甚至比我们预期的更强，”他说道。
尽管如此，研究人员仍不清楚棘龙究竟是如何游泳及追逐猎物的。这种史前食肉动物有着修长的身体和巨大的背帆，这又让科学家们感到困惑，因为它们与其他水生生物相比实在太不寻常了。
“我不怀疑棘龙有高密度骨骼……但这是否增加了足够的质量来帮助它们下沉呢？”加拿大皇家泰瑞尔古生物学博物馆(Royal Tyrrell Museum of palaeology)的古生物学家Don Henderson问道。他在2018年对棘龙的研究表明，这种动物的浮力很大。
“如果你观察过企鹅游泳，会发现它们一旦停止拍打翅膀，就会开始浮上水面，”Henderson说道。“我只是不明白棘龙如何能在不费多大力气的情况下留在水下。”
骨骼压舱物
棘龙因《侏罗纪公园3》而名声大噪，它也是迄今为止发现的最神秘的恐龙之一。1910年，研究人员在埃及发现了已知的第一块棘龙化石，但它们在第二次世界大战的一次轰炸中被毁，因此古生物学家要研究其解剖结构是非常困难的。
2014年，Ibrahim领导的研究团队宣布，他们在摩洛哥的一处遗址发现了一具完整的棘龙骨架化石。该骨架有着异常粗壮的后肢，以及致密的四肢骨。这些特征符合半水生的生活方式，表明棘龙至少有一段时间会主动进入水中。2020年公布的同一化石的桨状尾部更是激发了人们的好奇心。
为了进一步研究棘龙的游泳能力，Fabbri和Ibrahim的团队在2015年启动了这项新研究，该项目耗时6年才完成。Fabbri大部分时间都在收集各种动物的数据。他联系了一个又一个博物馆，说服策展人帮他收集标本用于研究。
在其他向水中进化过渡的陆地动物群体中，比如鲸，骨密度的增加是最先出现的特征之一，这些骨骼起到了节能压舱物的作用。因此，为了测试棘龙是否适应了水生生活，研究人员汇编了200多种不同类型脊椎动物的肋骨和股骨的数字化横截面，脊椎动物范围很广，包括现代爬行动物、鸟类和哺乳动物，以及包括恐龙在内的古代已灭绝生物。
然后，研究小组将这些动物的骨密度与已知的水下觅食能力或飞行能力进行了比较。分析表明，高密度的骨骼与经常潜入水下的动物密切相关。棘龙和重爪龙是研究中仅有的两种骨骼密度如此之大的非鸟类恐龙。
并不是所有骨密度大的动物都过着水生或半水生生活。比如，大象和灭绝的蜥脚类恐龙都有致密的肢骨来支撑它们巨大的重量，但它们是陆生的。
然而，这些承重的骨骼结构明显不同于企鹅或其他潜水生物的“骨硬化”特征。当在水中长时间停留时，高密度的骨骼可以给动物提供独特的优势，但这不影响它们在干燥地形中的行动能力。
“企鹅或鳄鱼能够在水下游泳和潜水，但它们也能够在陆地上行走，” Fabbri说道。
虽然棘龙和重爪龙比其他恐龙更适应水下活动，但它们也必须时不时地上岸。已知的第一块重爪龙化石中含有鱼鳞和一只幼年食草恐龙的骨头，这可能表明掠食者在陆地和水下都会发动攻击。
这些新数据的意义很大，并不局限于棘龙和重爪龙，并未参与该研究的马里兰大学古生物学家、棘龙专家Tom Holtz说道。一些古生物学家提出，几种二齿兽（已灭绝，与最早的哺乳动物有较远的亲缘关系）的生活方式可能与河马类似。新的骨密度分析可以帮助检验这类观点，对于那些几乎没有其他线索的零碎化石来说尤其如此。
“据我所知，以前还没有人尝试过这种规模的分析，”Holtz说道。“这将激发工作灵感，并为一些动物的研究提供更多信息，对公众来说这些动物可能不那么有魅力，但它们在科学上很有价值。”
违背进化趋势
除了重爪龙和棘龙，该团队还研究了其他候选的半水生恐龙，尤其是与鸭子类似的哈兹卡盗龙（Halszkaraptor）。团队发现，它们都没有企鹅那样致密的骨骼。然而，这并不排除这些动物与水的联系。许多生活在水边的现代生物都没有企鹅那样的骨密度，比如鸭子、鹅和其他水禽。
这项研究中最大的惊喜之一来自棘龙科的另一个物种：似鳄龙（Suchomimus）。与棘龙和重爪龙不同，在尼日尔发现的似鳄龙没有致密的、压舱物般的骨骼，但这种动物在其他方面与重爪龙很相似。
“在一个不一定100%致力于水生生活的群体中，人们会想到进化来回移动的可能性。”
整体研究结果强调了棘龙在进化史上的奇特之处。在大多数陆生动物适应水生生活的例子中，先锋物种往往有较小的身体。根据Holtz的说法，第一批沧龙（一种古老的、非恐龙海洋爬行动物）不超过1.5米长，大小与现代的尼罗河巨蜥差不多。但重爪龙和棘龙的祖先很可能是巨兽。
南加州大学的博士研究生、古生物学家Kiersten Formoso表示，虽然棘龙的骨骼致密，就像其他进化回水中的陆地动物一样，但从进化角度来说，它违背了一些共同的路径。
例如，大多数水生脊椎动物的身体都相当扁平、圆润，但棘龙的身体却又高又瘦。一般来说，包括棘龙在内的兽脚类恐龙的身体不如其他一些半水生动物的身体灵活，这可能会影响游泳动作。兽脚亚目恐龙的脊椎也布满了气囊，这使得棘龙更难下沉，不过她补充说，这种生物额外的骨密度可能抵消了这种影响。
还有就是棘龙的标志性特征：1.8米高的背帆，这在流体力学上造成了麻烦。
“我认为，这种动物非常喜欢在浅水区觅食，它们的脚多数情况下会踩在水底，” Formoso说道，尽管在她看来，棘龙在水中追捕猎物会很困难。
然而，棘龙独特的栖息地可能有助于其在水中捕食。保存摩洛哥棘龙化石的岩层中也有大型的、行动缓慢的史前鱼类化石。“这些都是棘龙会追捕的东西——我们显然不是在说像海豚一样追捕猎物，” Ibrahim说道。
未来的研究有望揭示这一奇怪捕食者的更多细节。 Formoso和Henderson即将合作开展一项新研究，将棘龙与水生哺乳动物和爬行动物进行比较。Ibrahim的团队正在对棘龙的后肢和脚进行后续研究，这些后肢和脚有广泛展开的迹象，可能是为了支持蹼状结构。
对Holtz来说，棘龙及其同类研究中最激动人心的时刻即将到来。
“证据清楚地表明棘龙是一种水生动物，新发现也支持这一观点，或者表明棘龙至少大部分时间生活在水下......但是，为什么会这样呢？”他想知道。“弄清楚它们在做什么是一个非常有趣的过程。”
相关报道：食肉恐龙棘龙可能为水生
据中国科学报（冯丽妃）：科学家发现棘龙或能适应水生生活方式。这挑战了之前大多数非鸟恐龙都限于陆地环境的假设。相关研究近日发表于《自然》。
尽管难以推断灭绝物种的解剖学适应特征，但人们认为仅有少数非鸟恐龙物种主要在水中生活。科学家在过去十年间发现了具桨状足和鳍状尾的棘龙类化石，但还不清楚这些恐龙主要生活在陆地还是水中。
适应水生的一个指标为骨密度。为调查恐龙的水生适应特征，美国伊利诺伊州芝加哥菲尔德自然历史博物馆的Matteo Fabbri和同事分析比较了380块骨头的密度，范围涵盖包括非鸟恐龙在内的灭绝和未灭绝脊椎动物，包括哺乳动物、蜥蜴、鳄类和鸟，以及海洋爬行动物和飞行爬行动物。
作者发现食肉恐龙棘龙拥有高密度骨骼，说明它们适应水中生活。作者认为，这些生物增加的骨密度或促进其没入水中时的浮力控制，这与棘龙属和重爪龙属水下觅食有关。
这些发现表明棘龙类在早侏罗纪与其他大型食肉恐龙分化之后，在早白垩纪（约1.45亿年前至1.005亿年前）适应了水生环境。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-022-04528-0
