恐龍滅絕後哺乳類體型立即變大 千萬年後才變聰明

6,600 萬年前,墜落墨西哥尤卡坦半島的隕石滅絕了以恐龍為首的大型生物,地表只剩下了囓齒類、鳥類等較小型的雜食或草食性生物。隨著時間推移,這些動物變得越來越大,有些甚至最終變成了龐然巨物!

一直以來,科學家認為大腦因這種體型擴張而坐「順風車」,跟隨著身體部份逐漸變大。然而,上月刊於《科學》的研究表明,大腦是全身最後變大的器官,可能是因為巨型生物需要變得更聰明才能生存。

團隊所用的其中一個肉食性動物頭骨化石
Credit: Thomas Williamson

無參與是次 研究的美國范德堡大學神經解剖學家 Suzana Herculano-Houzel 向《科學》表示,研究是有力證據,證明身體大小和大腦容量是兩個獨立系統各自調節的。

大約 2.5 億至 6500 萬年前的中生代 (Mesozoic) 並非成為哺乳類動物的好時機。人類遠祖大小都不過是鼩鼱 (Shrew) 的大小,牠們必須保持細小且快速繁衍才可避過恐龍的獵食。領導是次研究的愛丁堡大學古生物學家 Steve Brusatte 指,一旦恐龍消失,哺乳類動物終於可以自由生長。

科學家曾認為,隨著哺乳類的體型擴張,大腦也會隨著身體變化而增大。此說法最早由美國古神經生物學家 Harry Jersion 在 1970 年代初提出,並廣泛被接受。不過,隕石撞擊後的哺乳類頭骨化石非常罕見,因此學界很難驗證 Jersion 的假設。

大腦並非在恐龍消失後立即變大

在是次研究中, Brusatte 的團隊分析了新墨西哥州聖胡安盆地和科羅拉多州丹佛盆地的 34 個近年發現、屬於古新世(6500 萬至 5500 萬年前)和始新世(5500 萬至 3200 萬年前)的哺乳類動物頭骨。他們以電腦斷層掃描,在不損壞頭骨的情況下製作立體模型,然後再嘗試以立體內窺鏡技術在中空位置估計大腦模樣,並將之與身體大小進行比較。

團隊發現,哺乳類動物在恐龍滅絕後幾乎立即體型增大,但要經歷 1,000 萬年後大腦才開始變大。

Brusatte 認為大的大腦只有在哺乳類動物需要時才會演化出來。他指出,起初哺乳類只是想盡可能地擴大其群族規模,因為有更多可用資源,而且無天敵試圖殺死牠們。然而,一旦這些更大型的哺乳類動物佔據主導地位,就必須開始變得更聰明,因為資源的競爭開始變得激烈,生存變的困難。這時就開始看到不同哺乳類群族獨立獲得更大的大腦。

不過, Herculano-Houzel 不同意說法。她指出,觸發在哺乳類動物間演化出更大的大腦的不一定是競爭,而可能只是充足的食物和無掠食性恐龍兩組原因。她又認為,更大的大腦會消耗非常多的能量方面,所以一旦一些哺乳類體型變得更大,牠們就要吃得更多,並有更多能量來演化出更大的大腦。如果僅靠競爭引發大腦發育,體型較小的哺乳類動物理應消失,但 Herculano-Houzel 表明:「這些小型哺乳類永遠都不會消失。」

技術助研遠古動物須適應的環境

除了大腦大小,團隊使用的立體內窺鏡技術更可透過頭骨微細變化,來測量動物大腦的感覺區域,例如與智力相關的新皮質 (neocortex) 和對嗅覺很重要的嗅球 (olfactory bulb) 。團隊也發現隨時間哺乳類的新皮質和另一個參與眼球運動的大腦區域增大,但同時縮小了嗅球的體積,這表明與對生存更重要的感覺相關大腦區域受到更多刺激。

無參與研究的德州大學奧斯汀分校神經古生物學家 Tim Rowe 形容此發現獨特,可以幫助人類了解這些遠古動物要適應的環境。

團隊現時正研究其他頭骨結構變化,例如可以了解敏捷性與聽力範圍的內耳,以確定哺乳類如何適應當時的新環境。

來源:

Science, Early mammals got big before they got smart

Bertrand, O.C., Shelley, S.L., Williamson, T.E. & et al. (2022). Brawn before brains in placental mammals after the end-Cretaceous extinction. Science Vol 376, Issue 6588. doi: 10.1126/science.abl5584

文/AC、審/WL

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