《自然》（Nature）论文通过骨密度研究，支持棘龙类恐龙能潜水游泳、捕猎鱼类，这次结论可靠吗？
近期，《自然》（Nature）杂志上发表的一项关于棘龙类恐龙骨密度的研究，为我们描绘了一幅令人着迷的画面：这些庞大的肉食性恐龙，或许并非只能在陆地上活动，而是具备了在水中生活、甚至捕猎鱼类的能力。这一结论无疑是令人振奋的，但作为一项重要的科学发现，我们有必要对其进行一番深入的探究，评估其结论的可靠性。
研究的核心：骨密度与浮力
这项研究的关键在于对棘龙类（Spinosauridae）恐龙化石的骨密度进行了细致的分析。古生物学家们知道，骨骼的密度与生物在水中时的浮力有着直接的联系。
高骨密度： 拥有高密度骨骼的动物，通常骨骼内部的矿物质含量较高，骨小梁结构更紧密。这会增加其整体密度，使其在水中更容易下沉，获得更好的稳定性，就像潜水员的配重一样。
低骨密度（蓬松骨）： 相比之下，一些陆生动物的骨骼可能更轻盈，内部含有更多的气腔，这有助于减轻体重，便于奔跑。
研究人员通过对包括棘龙、重龙（Baryonyx）、鲨齿龙（Carcharodontosaurus）等多种恐龙的股骨（大腿骨）进行扫描，并将其与现代水生爬行动物（如鳄鱼、河马）和陆生爬行动物（如蜥蜴）的骨密度进行比较。
研究结果指向了什么？
研究结果令人瞩目：
棘龙类恐龙的骨密度显著高于多数陆生恐龙。 它们的股骨内部矿物质含量较高，骨密度更接近于现代的河马等半水生或水生哺乳动物。
这种高骨密度可以帮助棘龙类恐龙在水中更好地控制浮力，减少漂浮感，使其能够更有效地潜水。
进一步的推断： 拥有此种骨骼结构的动物，更有可能在水中花费大量时间，并且能够进行某种程度的游泳和捕猎。
结合其他证据，支持了潜水捕鱼的假说
这项骨密度研究并非孤立的证据，它与此前已有的其他古生物学发现相互印证，共同构建了棘龙类恐龙“半水生”的形象：
1. 吻部与牙齿的形态： 许多棘龙类，尤其是像棘龙（Spinosaurus）本身，拥有细长而鳄鱼般的吻部，牙齿尖锐且呈圆锥状，非常适合捕捉滑溜的猎物，如鱼类。这种吻部结构也可能有助于在水中更好地“舀取”猎物。
2. 鼻孔的位置： 棘龙的鼻孔相对靠后，这与现代鳄鱼类似，能够使它们在大部分身体沉入水中时，仍然能够呼吸，从而在捕猎时占据优势。
3. 其他化石证据： 在一些棘龙类化石的胃内容物或肠道附近，曾发现过鱼类鳞片和骨骼的痕迹，这直接证明了它们确实捕食鱼类。
4. 爪子和前肢： 棘龙类的前肢，尤其是其粗壮的爪子，也被认为可能用于抓捕和固定水中的猎物。
5. 棘龙的独特特征： 著名的棘龙，其背部标志性的“帆”状结构，虽然其具体功能仍在讨论中，但有人推测可能与在水中伪装、吸引配偶或散热有关，这些都与水生生活方式不谋而合。
结论的可靠性评估：多方面考量
基于以上分析，这项《自然》论文关于棘龙类恐龙骨密度支持其潜水捕鱼的结论，可以说具有相当高的可靠性，原因如下：
科学方法的严谨性： 使用现代生物学的类比方法来解释古生物的生理功能，是古生物学研究的常用且有效的手段。骨密度与浮力的关系是经过科学验证的物理和生物学原理。
多证据的汇聚： 最有说服力的是，这项研究的结论并非凭空得出，而是与此前已有的、来自不同方面的化石证据形成了“证据的汇聚”。吻部、牙齿、鼻孔位置、胃内容物以及前肢形态等都指向了相似的结论。这项骨密度研究为这些推断提供了新的、更具说服力的生物力学支持。
发表在顶级期刊： 《自然》作为全球最权威的科学期刊之一，其论文发表经过了严格的同行评审。这意味着该研究的实验设计、数据分析和结论都经受住了该领域顶尖科学家的审视。
但也需注意的局限性与未来方向
尽管如此，科学研究总是在不断进步和修正的，我们也不能完全排除仍有讨论空间或需要进一步完善的地方：
现代类比的局限： 虽然现代生物提供了有益的参考，但恐龙毕竟是独立的演化分支，它们可能存在一些我们尚未完全理解的生理机制。过度依赖现代生物的类比有时也会带来偏差。
化石的完整性与保存状态： 化石的保存状态会影响骨密度测量的精确性。不同化石的保存情况可能存在差异。
定量分析的深度： 研究可能需要更广泛的样本量，以及更精细的计算模型来精确量化棘龙类在水中可能实现的潜水深度和能力。
“潜水”的程度： “潜水游泳”是一个相对宽泛的概念。这项研究可能更倾向于支持棘龙类是半水生的，擅长在浅水区活动、捕食鱼类，而非像现代海豚那样进行深潜。
总结
总而言之，《自然》论文通过对棘龙类恐龙骨密度的研究，为我们提供了强有力的证据，支持了这些巨型恐龙能够潜水、捕食鱼类的观点。结合已有的其他化石证据，这一结论的可靠性非常高。它不仅刷新了我们对棘龙类生态习性的认知，也进一步丰富了我们对白垩纪生态系统的理解。未来的研究可能会在更精细的生物力学模拟、更广泛的化石样本分析以及对棘龙类生活史的深入挖掘上，为我们揭示更多关于这些神秘巨兽的秘密。这项研究无疑是古生物学领域一次精彩的探索，它让我们看到了古老生命世界的更多可能性。
网友意见
感谢各位邀请。其他几个答主文章内容已经介绍的 很详细了，这毕竟是我熟人的论文，我来聊的背景故事吧。
算是跟这篇文章的一作比较熟悉了，从他开始有这个想法刚开始，我就和他聊过。
Matteo是我们布村古生物硕士班的学生，后来去耶鲁读博了，和 @Congyu 还有一个共同的小导师。但我最早认识他是在18年去德国Martin Sander 的骨组织学实验室进修短期课程的时候。当时我记得已经有一个用类似骨密度方法研究鸟类游泳能力的学术海报了（也许文章也发出来了），当时我们几个去访问的做兽脚类的学生，也听他聊起来棘龙这样做的可能性。有件事情蛮可惜的是，当时一个做巴西棘龙科的老哥，表示巴西博物馆那几个标本也可以做。但不到一年悲剧发生了，博物馆的大火把化石烧了精光。不得不吐槽一句，过去两三年疫情，作为一件更糟糕的事情，让很多疫情之前已经蛮糟糕的事情很快消失在视野里面的，不知道是好事还是坏事。其他答主也提到了为啥棘龙科内部采样不多的事情，也许在另一个时间线上，这个研究会更好一点吧。
当然好消息是摩洛哥本地通易卜拉欣开始了新的棘龙大发现，作者里面的剑桥的Roger Benson也作为研究方法“军火提供商”加入了进来（这些图有强烈的他们组风格，感兴趣可以对比去年阿尔瓦雷斯龙夜行性的science）。
我个人感觉疫情这两年能跨着世界把这个项目做完并投稿不容易的，但遗憾也是难免的。我其实更希望他的分析能详细做一下不同类群骨密度会被多少体型相关比列解释。
骨密度和对数转换后个体大小跟关系可能不是线性的。另外承重，可能也和四足行走和两足行走有关系。除此之外，骨髓腔作为重要的参与造血部分，与代谢水平也有关系（恐龙里面的代谢水平差异很大）。按照我做组织学的经验来看，骨密度差异是一个可以被多因素解释的变量。
时间过得真快，棘龙在两年后又上《Nature》了，感觉棘龙新形象才出来没多久啊，这一眨眼就过了两年了。
上一次上《Nature》是因为学者们发现了棘龙的尾部骨骼化石，尾椎上具有长长的棘突，能形成尾鳍一样的结构，可以为棘龙在水中游泳时提供动力，这似乎证明了棘龙是一种善于游泳主要在水中生活的恐龙。[1][2]
但是第二年就有人挑战了这个观点，认为棘龙的身体形态无法正常游泳，棘龙的鼻孔位置类似涉禽而不是现生鳄类，棘龙的脖子应该是类似涉禽的S状，棘龙的尾巴不足以提供足够的动力推进棘龙在水下的运动等等，总之就是认为棘龙并不是一种在水中游泳捕食的恐龙，而是站在水里像涉禽一样，对猎物一击致命。但作者并没有给出更多的化石证据，只是在过去的化石材料上论证。[3][4][5]
而本次研究则是换了一个角度，不是从骨骼形态，而是从骨骼本身的密度去考察棘龙是否是一种主要在水中生活的恐龙。
下面的内容改写自第一作者Matteo Fabbri的推文，他很清晰地讲述了这篇文章的主要内容：
当我们看一些现生动物的骨骼的时候，我们会发现我们无法从它们的骨骼中推断出它们的水生习性，比如河马和貘，这两种哺乳动物都具有潜水的能力，可以在水下运动，但是它们的骨骼一点也不像水生动物，如果它们没有活到今天，我们能否轻易地推测出它们经常生活的水下环境呢？
于是研究者想到，如果单看恐龙骨骼的形态去推测恐龙的生活环境，我们可能会低估了恐龙的生态多样性，可能有些恐龙只从骨骼来说，看起来并不像能在水中生活。那我们如何从除了骨骼形态特征以外，来判断恐龙的水生习性呢？研究者想到了骨密度。
在现生羊膜动物（爬行动物、鸟类、哺乳动物）中，较高的骨密度是水生动物的显著特征，因为这样有助于动物控制浮力。而在陆地上生活和飞行的羊膜动物的长骨比如股骨中存在较大的髓腔，骨骼也比较轻。
话是这么说，但想要验证这个结论还是需要踏踏实实的统计一下。为了测试骨密度和动物生态活动之间的相关性，研究者收集了380只动物的股骨和背侧肋骨，这些骨骼来自291种已灭绝的和现生的羊膜动物，包括现生的哺乳动物、爬行动物和鸟类、中生代海生爬行动物、39种非鸟恐龙以及7种中生代的鸟类。
其中也包括三种棘龙科恐龙：重爪龙（Baryonyx）、似鳄龙（Suchomimus）和棘龙（Spinosaurus）。
之后研究者对股骨的骨干以及背侧肋骨的近端进行切片和CT扫描，获得横切面的图像，然后在BoneProfiler软件中将这些图像转换成黑白图像，来量化这些动物的骨密度。
获得骨密度数据后，研究人员开始验证骨密度对于推断羊膜动物的水生习性是否有效。结果发现，对于这些数据的最佳解释模型确实显示了较高的骨密度和在水下游泳能力之间具有相关性，异速生长与骨密度的增加没有什么关系。
然后研究者使用用骨密度来推断已灭绝的动物的水生习性，发现根据骨密度棘龙和重爪龙被推测为可以在水下觅食的动物，而似鳄龙不太符合潜水的条件。
此外，棘龙和重爪龙的高骨密度并不局限于股骨和背侧的肋骨，其他的四肢骨骼和中轴骨骼也可以发现同样的现象。此外，棘龙科恐龙只在颈部具有轴向的气腔，而在颈部之后的骨骼中很少存在气腔，这也有助于它们形成更高的骨密度。
将骨密度数据和羊膜动物的系统发育树结合在一起，研究者发现，棘龙科的祖先具有较高的骨密度，所以似鳄龙较低的骨密度是次生形成的，似鳄龙失去了高骨密度的特征。
在棘龙科中，重爪龙的骨密度表明它们可能也可以在水下游泳，虽然它们的骨骼形态并没有显示出这一点。而似鳄龙的低骨密度可能意味着它们要花比较多的时间在陆地上，可能它们需要在较分散的水生环境（河流、湖泊）之间来回走动，寻找觅食场所。
现在看来，除了具有锥形的牙齿、桨状的脚、较短的腿以及推进式的尾巴这些特征以外，棘龙的骨密度也符合水生羊膜动物的标准，这为棘龙的水生习性又添加了一项重要的证据，目前只有棘龙这一种恐龙拥有如此多的水生特征。
最后，这项研究的意义不止于此，通过骨密度研究羊膜动物习性提醒我们，我们如果单看化石记录中化石的形态特征来推断动物的习性，那么我们可能会低估它们的生态多样性，我们可以从骨骼的横截面反应的骨密度去推断一种羊膜动物是否可以在水下游泳，哪怕这块化石是碎的。
个人总结：
结论上来看，这项研究除了再次验证棘龙的水生习性，并加强了其可以潜水游泳的能力，顺带还带上了重爪龙，而似鳄龙却不太可能潜水游泳，这意味着棘龙科内部不同物种之间生态上具有一定差异。
这项研究的亮点还是在于数据收集和方法，工作量很大，其实除了对于棘龙以外的其他动物，也是一项很有用的工作。
文章：
Subaqueous foraging among carnivorous dinosaurs
新闻：
Heavy Bones Helped Some Spinosaurs Swim
Spinosaurus had penguin-like bones, a sign of hunting underwater
Dense bones allowed Spinosaurus to hunt underwater
Spinosaurus and Baryonyx may have hunted fish underwater
Spinosaurus’ dense bones fuel debate over whether some dinosaurs could swim
The Spinosauras' bone density allowed it to hunt under water
参考
- ^Tail-propelled aquatic locomotion in a theropod dinosaur https://www.nature.com/articles/s41586-020-2190-3
- ^大量的牙齿化石证实了棘龙是一种水生恐龙 https://baijiahao.baidu.com/s?id=1678513746817453408&wfr=spider&for=pc
- ^Evaluating the ecology of Spinosaurus: Shoreline generalist or aquatic pursuit specialist? https://palaeo-electronica.org/content/2021/3219-the-ecology-of-spinosaurus
- ^河怪”棘龙会像鹳一样捕猎吗？ https://new.qq.com/rain/a/20210128A09TOI00
- ^棘龙站在水边捕食？它像涉禽？我觉得不可能。 https://www.bilibili.com/read/cv9659668
谢谢邀请。
我看了看论文，对于统计和发育我不是很懂，所以下面权当瞎说。
这篇文章的核心就是将棘龙的骨密度放在他们建立的数据集里面观察它对于预期模型的符合情况。根据AIC分析他们拟定棘龙拥有水下捕食的能力，然后评估它大致的生态状况就像鳄鱼。但是很古怪的是，他们的正文提到的竞争模型基本都加上了飞行能力——话说，不是应该考虑一下它陆栖的模型吗，棘龙又不会螺旋升天，考虑飞行能力干什么？好奇的我又翻了翻附录，结果多了一个轴径，这个说和异速生长有关。但我不清楚不考虑陆栖对结果有没有影响，毕竟正文和附录里面都没讲这个，让我不禁怀疑是我走了眼。正文当中所提到的编码了的参数只有飞行和水下捕食能力，那不能飞不是只能游泳咯，拿这个东西去往后讲，我觉得，真的很不对劲呀……
然后是第二个证据，就是骨组织切面的结构，我觉得这项证据说服力还蛮好的。这里举了好几种骨组织的切面结构，主要的下水证据是骨组织的密度增长、髓腔的开闭以及骨皮质的厚度。单纯看这个图确实会觉得棘龙的骨骼模式倾向于水栖甚至深潜的类群——和它的姊妹群分得挺开的。虽然我不太清楚为什么重爪龙和似鳄龙差别也这么大，按照这个图来说体型更大的似鳄龙怎么骨头更像伤齿龙来着…………
至于投点结果嘛，我也觉得挺疑惑的。主要不是棘龙——按照文章的讲法已经是板上钉钉的水栖了，这个没什么好聊的——而是作为关键对比的似鳄龙和重爪龙又岔开了，重爪龙的数据不但没和似鳄龙在一块儿，反倒和棘龙贴的很近，考虑到骨密度的对比，我感觉重爪龙更像是水里面泡着的动物。然后肋骨数据似鳄龙直接没了，不知道是不是化石太少不让切还是切不出他们想要的数据，总而言之不得不说我是在闹不明白这是怎么一回事……
看完这篇论文之后的感受就是：我看不太懂，但我大受震撼。至于棘龙能不能水里面泡着捕食，我觉得这篇文章没把我说服就是了。
最后，编辑扣鸡腿！
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