如何证明恐龙会游泳？棘龙：一条扁尾巴

原创 王维 我是科学家iScientist

目前，人类已知的恐龙种类超过一千种，遍布地球的每片大陆。在陆地上，恐龙是当之无愧的霸主。那么在江海湖泊中，恐龙又扮演了怎样的角色呢？

在恐龙时代，海洋里确实有不少名字带“龙”的古生物，比如蛇颈龙和鱼龙，但它们并不真正属于恐龙家族。科学家们一直未能找到恐龙留在水生环境中的化石遗迹，有些甚至认为恐龙作为变温动物无法长期生存于水中。

那么，恐龙究竟是不是旱鸭子？还是说，它们也会在水中生活，只是没有留下遗迹证据？对此，科学家们也是一头雾水。

直到2020年4月，古生物学家尼扎尔·易卜拉欣（Nizar Ibrahim）团队发表在《自然》的研究，提供了最关键的化石证据。作为“棘龙专业户”的他们，找到了一条棘龙的侧扁的大尾巴，并联合哈佛大学模拟测算出：这条尾巴能产生巨大推进力——说明棘龙可以在水中生活。这一新发现终于证明了世界上真的存在水生恐龙[1]。

棘龙外貌复原图 | Wikimedia Commons，Mario Lanzas / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

耽搁棘龙发掘的…是二战？

非洲北部的沙漠里，不仅尘封着数千年前的法老亡灵，还埋藏数千万年前的恐龙化石，等待幸运的探险家将其唤醒。

1912年，德国古生物学家恩斯特·斯特莫（Ernst Stromer）在埃及发现了巨大的肉食恐龙骨骸，包括一人多高的背椎、巴掌大的锥状牙齿，还有超过一米长的下巴。斯特莫根据背椎上高高的神经棘（脊椎骨骼向背侧凸出的细长部分），将其命名为“埃及棘龙”（Spinosaurus aegyptiacus）。

神经棘是脊椎骨向背侧突出的细长部分，在人身上也被称为棘突，可以用手摸到 |

Wikimedia Commons，Henry Vandyke Carter / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

这批棘龙化石存放在慕尼黑古生物博物馆，不幸的是，它们统统毁于1944年的二战炮火。从此以后，埃及的巨大肉食恐龙成为了传说，人们只能从斯特莫的文字中揣测棘龙的模样[2]。直到1995年，斯特莫的孙子捐出爷爷的素描手稿，上面精细地画着每一块棘龙化石碎片。古生物学家们这才想起继续研究棘龙，开始疯狂找寻化石。

经过多年探寻，人们发现摩洛哥的卡玛卡玛地层（Kem Kem beds）出产棘龙化石最多。米兰自然历史博物馆的古生物学家沙索（Cristiano Dal Sasso）就在这里收获了棘龙头骨的前半部分——将近一米长的上颌骨残段[3]。沙索由此推测，棘龙的完整头骨很可能超过两米，体长甚至能有20米，是霸王龙的两倍！因此，棘龙获得了“世界上最大肉食恐龙”的威名。

最大的肉食恐龙排名：棘龙、鲨齿龙、南方巨兽龙、霸王龙 | Wikimedia Commons，Matt Martyniuk / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

随着化石残骸不断地出土，棘龙在科学家们脑海中的形象越来越清晰，但是大家心中的问号却越来越大。这是因为，棘龙的样貌和它的食肉类近亲相比实在是太奇怪了。

叛逆的长相是为了…捕鱼？

肉食恐龙都属于兽脚类恐龙家族，大部分成员像是一个模子刻出来的：两足行走，仰着大脑袋和血盆大口，举着一对小短手，发达的后肢强劲有力，一条圆木般的粗尾巴保持平衡。

粗壮的大腿是肉食恐龙的典型特征之一 | Wikimedia Commons，Marcin Polak / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

棘龙也是兽脚类恐龙，但是长得十分叛逆：棘龙的头型出乎意料的长，有很长的吻部，很像鳄鱼；背上立着一个巨大的背帆，人们却不清楚它的用处；最奇怪的是，一般兽脚类恐龙后肢粗壮，前肢短小，而棘龙却长着小短腿，提着镰刀般的爪子。柔弱的小腿总让人担心，它能否支撑这个举世最大食肉恐龙的体重。

由此，古生物学家们产生了一个大胆的想法：棘龙或许是一种吃鱼的水生动物？如此一来，大长嘴和小短腿就合情合理了——修长的吻部有利于减小水下捕猎的阻力，短小的四肢和扁扁的指节骨则有利于划水[4]。

除此之外还有别的证据吗？

古生物学家的脑洞一旦打开，就一发不可收拾。这个疑似水生动物的每一个解剖细节，都被仔细考量：棘龙的鼻孔和眼睛靠近头顶，更方便浮出水面呼吸和观察水上情况，与鳄鱼和河马类似[5]；它锥形的牙齿还带有纵纹，和鳄鱼、蛇颈龙的牙很像，适合捕鱼；CT设备透视内部结构发现，棘龙嘴巴最前端的小孔甚至有对水波的感受器[6]；如果把棘龙的骨骼切开，能发现骨骼中的髓腔很小[4,7]，这种密实而笨重的骨骼能抵消水中的浮力，蛇颈龙、海牛也有这样的特点；研究者们甚至把牙齿和骨骼磨碎溶解，分析出其中的元素成分也更接近水生动物[8]。

棘龙牙齿化石特写 | Wikimedia Commons，Ghedoghedo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

尽管古生物学家们使出了浑身解数，还是有很多人怀疑棘龙不是水生恐龙。毕竟，在已知的一千多种恐龙中，没有一种被证实可以生活在水中。“棘龙是水生动物”，这样的想法太离经叛道了。

有些人质疑新发现的那些化石碎片并不属于棘龙，也有的认为棘龙可能只是像棕熊一样在河边摸鱼，不一定会在水下生活。

下定科学结论极其困难，要经得起全世界科学家的挑战与验证。那么，到底有没有棘龙是水生恐龙的直接证据呢？

棘龙会游泳的实锤…看尾巴？

说来奇怪，过去的一百多年，我们发现了棘龙的头骨、大部分脊椎和四肢，拼凑出了大半个棘龙骨架，却唯独没有发现连续的尾椎，所以不知道棘龙的尾巴长什么样，有些学者干脆给它安上了和其他兽脚类一样的圆木粗尾巴。

人们过去凭想象制作的棘龙骨架模型，尾巴形态并不正确 | Wikimedia Commons，Mariomassone / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

如今，依然在北非，依然在摩洛哥的卡玛卡玛地层，一条几乎完整的棘龙尾巴化石给尼扎尔·易卜拉欣带来了惊喜。

为了找到他最爱的棘龙化石，尼扎尔·易卜拉欣已经在这个地点发掘了多年。但这一次，在往年发掘化石的洞穴里，30多枚连续的尾椎显现了出来，上面长着高高的神经棘。尾椎前部的神经棘有椎体的3倍高，后部神经棘的长度更是达到了椎体的7倍，看起来就像节鱼类的尾椎，背面立着高高的“刺”。尾巴的腹面还有细长的脉弓，共同塑造出了一条如船桨般侧扁的大尾巴（脉弓是脊椎骨向腹部凸出的部分，与神经棘相似，只是朝向不同）。

此次发现的棘龙尾巴化石，椎骨上长着高高的“刺” | 参考文献[1]

哈佛大学的实验团队专门为这条尾巴做了一个机器模型，放到水槽中让它摆动，测算棘龙尾巴能产生的推进力，并与其他肉食恐龙做了比较。实验发现，棘龙尾部能产生的推进力比其他兽脚类都要大，是腔骨龙的八倍，只比水生能力更强的鳄鱼、蝾螈略小一点。

本次研究利用计算机复原的棘龙外貌 | 参考文献[1]

得益于这条大尾巴，棘龙的游泳效率非常高。如果在水里举办恐龙游泳比赛，棘龙游泳速度能甩其他兽脚类恐龙好几条街。尾巴，这块棘龙骨架上的最后一块拼图，成为了史上第一种水生恐龙的铁证。

科学家们此前细致的解剖比较，先进的CT扫描，精妙的化学分析，绞尽脑汁的百般求索，都难以断定棘龙的水生习性，现在却被一条尾巴化石断了案。这一发现看似偶然，背后则是古生物学家数十年如一日的坚持。

棘龙尾巴化石的主要发现者易卜拉欣从小痴迷恐龙，他和研究团队已经在撒哈拉沙漠挖掘了许多年。从史前巨鳄到大型腔棘鱼，从陆地暴君鲨齿龙到河中巨怪棘龙，他们收获颇丰，而新的发现仍将继续[9]。正如探险家罗伊·查普曼·安德鲁斯（Roy Chapman Andrews）所言：“总有一些角落值得探险，而这个世界充满了角落。

作者名片

作者：王维

编辑：Kamin 范可鑫

排版：雷颖

题图来源：图虫创意

参考文献：

[1] Ibrahim, N., et al. Tail-propelled aquatic locomotion in a theropod dinosaur. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2190-3

[2] Stromer, E. Ergebnisse der Forschungsreisen Prof. E. Stromers in den Wüsten Ägyptens. II. Wirbeltier-Reste der Baharîje -Stufe (unterstes Cenoman). 3. Das Original des Theropoden Spinosaurus aegyptiacus nov. gen., nov. spec. Abh. Kgl. Bayer. Akad. Wiss. Math. Phys. Kl. München 28, 1–28 (1915).

[3] Dal Sasso, C., et al., New information on the skull of the enigmatic theropod Spinosaurus, with remarks on its sizes and affinities. Journal of Vertebrate Paleontology. 25 (4): 888–896 (2005).

[4] Ibrahim, N. et al. Semiaquatic adaptations in a giant predatory dinosaur. Science 345, 1613–1616 (2014).

[5] Arden, T. M. S., et al. Aquatic adaptation in the skull of carnivorous dinosaurs (Theropoda: Spinosauridae) and the evolution of aquatic habits in Spinosaurus. Cretac. Res. 93, 275–284 (2019).

[6] Dal Sasso, C. et al. A neurovascular cavity within the snout of the predatory dinosaur Spinosaurus. Muséum national d'Histoire naturelle (2009).

[7] Aureliano, T. et al. Semi-aquatic adaptations in a spinosaur from the Lower Cretaceous of Brazil. Cretac. Res. 90, 283–295 (2018).

[8] Amiot R., et al. Oxygen isotope evidence for semi-aquatic habits among spinosaurid theropods. Geology. 38 (2): 139–142 (2010).

[9]https://www.ted.com/talks/nizar_ibrahim_how_we_unearthed_the_spinosaurus/transcript?language=zh-cn

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原标题：《如何证明恐龙会游泳？棘龙：一条扁尾巴。》

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