新知問答|吼!恐龍叫聲科學家是怎麼推測出來的

2020-11-25 新華網客戶端

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在電影或紀錄片中,你會聽到恐龍發出各種不同的聲音,如尖細的鳴叫、低沉的吼聲。但是,我們真的不知道恐龍能夠發出什麼樣的聲音。

脊椎動物發聲通常需要軟組織,比如我們人類的聲帶。然而軟組織卻很難保存為化石,想要知道恐龍如何發聲十分困難。

目前,古生物學家常用恐龍的後裔鳥類和恐龍的近親鱷類進行對比研究。

鳥類的鳴聲來自鳴管,位於喉部下方的氣管-支氣管交界處。鳴管中的兩個支氣管內壁上各有一鳴膜,通過鳴膜震動出聲。兩處鳴膜可以不同的頻率振動,這讓鳥類能夠同時發出兩種不同的聲音。

2016年,古生物學家發現了白堊紀末期(距今約6900萬年)生活於現在南極的維加鳥的發聲器官。通過高分辨計算機斷層成像(CT)掃描後進行的數字三維重建,科學家發現維加鳥在氣管-支氣管結合處已經發生了顯著的擴大,極有可能形成了能夠發聲的鳴管。通過與現生鳥類比較後,認為其叫聲可能與鴨類或雁類相似。這是目前為止發現最早的鳥類發聲證據,而在恐龍中還未發現過類似的化石。

維加鳥的發聲鳴管,證明在白堊紀就已經有鳥兒的鳴唱。 圖/ Julia A. Clarke

鱷類的發聲器官則與鳥類完全不同。現生的鱷類沒有鳴管,與一般的四足動物一樣利用喉嚨的聲帶發聲。由此推測,它們生活在恐龍時代的祖先也應該用同一種發聲方式。

那麼,恐龍的發聲方式究竟類似於鱷還是鳥呢?從化石上,古生物學家無法給出答案。

儘管如此,鱷類和鳥類還是有一些類似的發聲行為。例如有些鱷和鳥在蛋中孵化時,會利用聲音跟其他個體交流,以便在差不多同一時間破殼而出。鱷還利用聲音與母親傳遞信息,鱷魚媽媽聽到蛋中的小鱷魚發出聲音時,就會回到巢邊,清除巢上面的土,並守護在一旁等待小鱷魚孵化。有人推測,恐龍也會利用聲音在出殼前進行交流,因為很多恐龍下蛋時同樣會用土或其他東西將蛋窩蓋住。

竊蛋龍和它的蛋。有些恐龍親自孵蛋,也有些恐龍用陽光或者植物發酵的熱量給蛋保溫。圖/EvaK/wikipedia

雖然我們尚未找到恐龍發聲的直接證據,但是從一些骨骼結構中可以得到一些間接信息。最為著名的是鴨嘴龍科中的賴氏龍亞科,賴氏龍類頭上有各種形狀的冠飾,其中比較著名的成員有副櫛龍、亞冠龍和盔龍等。

對於副櫛龍的冠飾,科學家提出過不少理論。早年認為副櫛龍可能是兩棲動物,因此猜測冠飾可以作為潛水呼吸器使用,或是當作空氣的存儲器以便在水中活動更長時間。現在普遍認為鴨嘴龍為陸生動物,上述假設基本被否定了。近些年,科學家從比較解剖學入手尋找相關證據,對冠飾的功能展開了多項研究。

研究人員利用CT掃描,對賴氏龍的內部結構進行三維重建,顯示賴氏龍真正的鼻腔主要不在其巨大高聳的冠飾內。種間巨大的冠飾形態差異,暗示冠飾可能作為共鳴器,能夠發出不同的聲音在種內進行交流。賴氏龍類的內耳結構也顯示其聽力側重於低頻聲音,與冠飾共鳴所產生聲音頻率相符。賴氏龍的大腦也比其他非鴨嘴龍類的大型恐龍的要大一些,這也暗示它們可能有能力進行一些與冠飾相關的社交活動。

在成體副櫛龍身上,你可以看到從頭部向後延伸的巨大冠飾,這是副櫛龍的最大特徵。冠飾的內部是空心的,當呼吸的氣流通過其中時,據說能產生類似銅管樂器長號的低音。有一種觀點認為,副櫛龍能使用聲音作為種群內部交流的手段。 圖/Canadian Museum of Nature

但僅僅從骨骼上,還無法知道它們能發出怎麼樣的聲音。因為恐龍活著的時候,即使利用冠飾進行發聲,也需要骨骼表面的軟組織一起參與。古生物學家與計算機科學家一起用電腦進行模擬,在三維重建骨骼內部結構的基礎上附上了軟組織,結果顯示其聲音與鳥類的聲音類似。

2013年,科學家對一具幼體副櫛龍開展了研究,發現它有與成體相比非常小的中空冠飾。對其聲學特徵的分析表明,它的聲音頻率比成年者更高。也就是說,隨著年齡的增長,副櫛龍的聲音也會有所變化。

這具副櫛龍幼體標本2009年發現於美國猶他州,被研究者暱稱為「喬」(Joe)。只在額頭位置有微弱的突起,其年齡估計還不到一歲,體長約為2.5米。 圖/Farke et al.

隨著保存完好的化石不斷發現和新技術新方法的不斷應用,我們對於恐龍聲音的認識已有了很大進步。但從總體上來看,目前還是知之甚少。不過有一點是可以確定的,那就是電影或紀錄片中恐龍的吼叫,都是利用現生動物的聲音合成的。

撰文/鄭文杰

選自《科學世界》2018年4期「恐龍研究新視角」

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