“切大腿”！它为何要经历这些？

关心恐龙研究的朋友们可能会发现，近年来许多恐龙研究论文都会展示一些彩色的“显微照片”。众所周知，恐龙大多是些大家伙，那么这些“显微照片”是从哪里来的呢？有什么用？

最近，一只小型霸王龙、两条阿尔瓦雷兹龙和两篇关于中生界鸟类延髓骨和卵的相关研究论文都进行了长骨的骨组织学研究(照片来源:Zanno等人，2019；徐等.，2018年；奥康纳等人.，2018年；拜鲁尔等人.，2019年).

这种研究是骨组织学。骨组织学是起源于活体动物研究的一种研究方法。简而言之，研究人员使用切割和研磨药片或其他方法来观察动物骨骼的组织结构。与传统的形态学描述不同，骨组织学研究更加精细，研究结构通常在微米量级。

骨组织学可以解决许多传统形态学无法解决的问题，其中之一就是化石时代。

切大腿看看年龄！

研究这些细微的结构可以首先直观地告诉我们恐龙的年龄。恐龙的年龄可以分为两种类型:相对年龄和绝对年龄。

1.相对年龄

相对年龄，以人类为例，“儿童”、“中年”和“老年人”可以用来描述一个人的年龄。在对恐龙的研究中，我们用相似的词，即不同的“个体发展阶段”，来描述具有不同相对年龄的恐龙个体。更常用的包括“胚胎期”、“婴儿期”、“儿童期”、“亚成熟期”和“成熟期”等。

如何得到恐龙的相对年龄？

首先，它可以通过观察恐龙化石本身来判断。动物的个体发育过程会在骨骼之间和骨骼表面留下痕迹。随着恐龙变老，它们的一些骨头会愈合并变得僵硬。此外，年轻恐龙骨骼的外表面通常具有树皮状的纹理，这是早期骨骼发育的特征，也可用作指示恐龙相对年龄的证据。

赵家敖闰龙敖闰爪的骨面有纵向树皮状纹理，表明其为幼年特征(照片来源:Choiniere等人，2014年)

此外，还有更明显的方法来判断相对年龄。如果科学家们已经发现了许多大大小小的恐龙化石，他们可以根据种群的年龄分布推断出这些标本的年龄。

2.绝对年龄

事实上，相对年龄可以说是一种“老式”的方法。这种年龄不像绝对年龄“几岁”和“几十岁”那样直观，也不像绝对年龄数那样便于在以后的研究中使用。

这样看来，绝对年龄对研究恐龙的生活是非常重要的，但是如何在恐龙灭绝这么久之后恢复亿万年前恐龙的绝对年龄呢？

割破你的大腿！

在小学自然课本中，每个人都必须学会如何判断一棵大树的年龄，也就是锯树干和数年轮的数量。

一年生树木年轮。有趣的是，化石骨骼中也有类似的结构。

事实上，这种一年生生长标志在包括恐龙在内的爬行动物中也广泛存在。如果我们切开恐龙的长骨(如大腿骨和小腿骨)，我们可以看到和树环一样的环状结构。这被称为“成长标志”。我们只需要计算出有多少“增长标志”。

霸王龙骨组织切片中的“生长标志”被称为“生长停滞线”。图表上标明的数字是年龄。(照片来源:埃里克森等人，2004年)

当然，恐龙的“生长标志”比年轮更难研究。最严重的问题之一是骨骼有一个中空的髓腔(髓腔是长骨中间的腔，“造血干细胞”生活在髓腔中)。髓腔不断扩张并侵蚀骨骼，因此首先形成的骨骼与之前形成的“生长标志”一起被侵蚀。这样，当我们切大腿时，我们看到的“生长标志”的数量通常比恐龙的绝对年龄要少。

为了解决这个问题，古生物学家引入了数学方法，根据一些活的动物的生长模型来推断被骨髓腔侵蚀的“生长标记”的数量。一般的模型是一些成熟的函数曲线，我们通常称之为恐龙的“生长曲线”。该方法不仅可以计算恐龙的年龄，还可以根据年龄和相关体重数据计算恐龙的生长率(体重增量/时间=生长率)。这是我们经常听到的关于“霸王龙能活xx年，每年能长到xx公斤”的研究来源。

结合“生长标记”的年龄信息和体重估计信息，可以获得恐龙生长曲线。图为埃里克森建造的几只霸王龙恐龙的生长曲线，由此可见，霸王龙比其他恐龙长得大的主要原因是快速生长期长得非常快。

恐龙骨骼知识

骨组织学可以帮助人们了解恐龙的寿命，但这种方法有其局限性。

恐龙化石材料非常珍贵，不是所有的化石都能进行组织学研究。一些恐龙化石非常罕见，该物种只有一个标本，甚至少于一个标本。这样的化石很难进行骨组织学研究(毕竟，它们是破坏性试验，被切割后会消失)。另一种情况是一些化石在埋藏和石化过程中经历了大规模的矿物结构转变。它们的外观看起来像恐龙的“形状”，但化石已经失去了恐龙的“组成”。当这些化石被切开时，他们什么也看不见。

一些恐龙进行了更多的骨骼组织学研究，科学家对它们有了更好的了解。最典型的例子是著名的霸王龙。科学家不仅恢复了它们的寿命和生活史，还通过对霸王龙的骨骼组织学研究获得了它们的生长率，这解释了“霸王龙为什么这么大”这个有趣的问题。

骨组织学不仅可以知道恐龙的年龄，还可以反映性别差异、生物力学功能等问题。这是学术界的一个研究热点。希望在未来，更多的恐龙化石将接受骨骼组织学研究，这样我们就可以发现化石里面有什么。