根据对蜥脚类恐龙足部的最新数字重建,我们第一次证明,柔软的脚后跟垫对蜥脚类恐龙支撑巨大体重至关重要。
蜥脚类动物重达50吨,在大约1亿年的时间里主宰着世界的生态系统,它们似乎在进化的早期就发展出了柔软的脚掌,这可能是让蜥脚类动物成为地球上曾经行走过的最大动物的关键一步。我们的研究发表在本周的《科学进展》杂志上。
“雷霆蜥蜴”
蜥脚类恐龙最引人注目的一点是某些物种的巨大体型:蜥脚类恐龙走路的时候脚可能会震动地球。事实上,最早被描述的一种蜥脚类动物的名字雷龙(Brontosaurus)吸引了大众的注意,它的意思是“雷蜥蜴”。
蜥脚类动物有长长的脖子和尾巴,靠四条柱子状的长腿走路,但它们一开始并不庞大。大约在2.3亿年前,这些恐龙的祖先是小型的两足动物,看起来很像它们的蜥脚类表亲兽脚亚目;估计也不会比鸵鸟重。
但从大约2.1亿年前开始,蜥脚类动物的祖先体型增大,估计体重接近一吨。最大的蜥脚类恐龙,如阿根廷龙、巴塔哥塔龙和南方巨兽,成年时可能重达50多吨,是现存最大陆地动物非洲象体型的十倍多。
不用说,这种体型的动物有巨大的脚。在澳大利亚西部的金伯利地区发现的一些蜥脚类动物的脚印超过1.7米长,足以让大多数人洗澡!
但蜥脚类动物的脚到底长什么样,它们是如何支撑主人巨大的成年体重的?
追踪蜥脚类动物
我(史蒂夫·索尔兹伯里)在金伯利花了多年时间追踪蜥脚类动物,长期以来一直在思考它们活着时的脚长什么样。前脚看起来很像大象,骨骼呈近乎垂直的半圆形柱状排列,除拇指外,手指骨大大减少。大多数蜥脚类动物的“手印”是典型的圆形或“豆形”。
尽管它们通常被描绘成柱状,然而,蜥脚类动物的脚与大象的非常不同。蜥脚类动物有长而灵活的脚趾,骨头之间的灵活性证明了这一点。化石足迹表明,它们可以伸展脚趾,在行走于不同表面时调整脚的张开度——这与我们今天在大象身上发现的情况不同。
长期以来,人们一直认为蜥脚类恐龙和其他恐龙一样,用脚趾走路,踝关节离地。然而,许多蜥脚类动物的足迹包括一个巨大的“脚跟”的印记。
这使得许多古生物学家推测蜥脚类动物有某种“脚后跟垫”。但除了足迹之外,蜥脚类动物脚后跟垫的确切证据还只是学术猜测。我们的工作旨在改变这种状况。
走在巨人的脚下
有了各种蜥脚类动物脚骨架的样子的知识,以及它们的足迹信息,Andréas Jannel开始试图弄清楚它们的脚可能是如何工作的,这是他在昆士兰大学博士学位的一部分。我们还与Olga Panagiotopoulou合作,他是现代动物脚部力学方面的专家,尤其是大象。
Andréas为各种蜥脚类动物和蜥脚类动物祖先的脚骨骼生成了3D数字模型。然后,他和奥尔加开始使用一种被称为有限元分析的技术来测试这些模型的强度。他们比较了不同的姿势对添加和不添加软组织垫的脚的机械行为的影响。