有多少只霸王龙曾在地球上出现？
本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：Ashley Poust（加州大学伯克利分校古生物学助理研究员）、Daniel Varajão de Latorre（加州大学伯克利分校古生物学博士生），编译：Neanderthal，原文标题：《25亿只霸王龙！》
一
从《侏罗纪公园》到《侏罗纪世界》，在这个全球最著名的恐龙电影系列中，霸王龙（Tyrannosaurus rex）是永恒不变的顶级王者。
《侏罗纪公园》剧照。图片来源：环球影业
无论是在流行文化中，还是在古生物研究领域，霸王龙一直都是当之无愧的“明星”。在6000多万年前的远古地球上，这种顶级捕食者存在了数百万年，屹立在食物链的顶端俯视众生。当时，霸王龙分布相对广泛，在许多地方留下了化石，使得古生物学家对这种恐龙有了相对深入的了解。
然而，你或许没有想过一个更有意思的问题：究竟有多少只霸王龙曾经在地球上出现过？
答案可能比你想象的更多。
根据近日发表于《科学》杂志上的一篇论文估算，在霸王龙长达百万年的生存期内，总共约25亿只霸王龙曾在地球上生存。如果我们回到这段时间中的任意一个时刻，应当有约2万只霸王龙存在。研究人员相信，这种估算方法未来有机会用于更多古生物，让我们能对远古世界有一种不同视角的认识。
二
在这项新研究中，科学家采用了一种全新的方法估算霸王龙的种群数量。团队将目前对霸王龙相对全面的研究，与相关的生态学原理结合在了一起。
这张原理图展示了科学家利用近代生物学和古生物学的数据，估算霸王龙的种群和其他相关变量，并最终计算出霸王龙的个体数量。| 图片来源：Marshall, C. R. et al./ Science (2021)
数值的估计离不开化石证据。首先，研究人员从骨骼的微观生长模式推断，霸王龙的初次交配一般在15岁左右。结合生长记录，科学家还可以绘制其生存曲线，估计霸王龙存活到特定年龄的几率。
利用这两组数字，研究估计出霸王龙每一代的世代时间平均约为19年。而这个物种在地球上存在了约240万年（估计范围为120万至360万年，此处数据为中间值）。根据这些信息可以得到，霸王龙共繁衍了约127000代。
接下来，如果能够估计每一代的个体数量，那我们就能知道曾有多少只霸王龙出现在地球上。
在生态学中，体重和种群密度之间有一种公认的关系，被称为达茅斯定律（Damuth’s Law）。简单理解，体型更庞大的动物自然需要更多生存空间，比如，一平方千米的草原可以养活的兔子数量，比同样面积养活的大象数量肯定要多得多。这种关系也与新陈代谢有关，因为消耗更多能量的动物也需要更多的空间。
达茅斯定律将体重与种群密度联系在了一起。| 图片来源：Sara Volz via The Conversation under CC BY-ND
古生物学家已经对霸王龙的体重做出了一系列可靠的估计，也对它的新陈代谢进行了评估。它们的新陈代谢应该比哺乳动物要慢，但比现存的科莫多巨蜥要快一些。
根据达茅斯定律估计，平均来说，古代世界中每约109.9平方千米应该就生活着一只霸王龙。将种群密度乘以霸王龙生活区域的面积可知，每一代存在着约20000只个体。
一旦我们计算出了平均种群规模，就能够推算出霸王龙的化石率，也就是在6600万年后的现在，人们发现一具霸王龙骨骼的可能性。
图片来源：Franz Anthony under CC BY-ND
这个问题的答案是约八千万分之一。换句话说，每当我们看到一具在博物馆里展示的清晰可辨的霸王龙标本，其背后其实“藏”着远古世界中8000万只成年霸王龙。这个比例再一次直观地告诉我们，化石记录实际上有多么地不完整。
三
由于物种的世代时间、生存时期和范围等数据的不确定性，对灭绝动物的估计难免包含一些不确定性。这里的“25亿”也是取中间值后的估算结果。
事实上，研究所估计霸王龙的种群密度范围，从每7平方千米一只，到每1724平方千米一只不等。但令人惊讶的是，这种不确定性的最主要来源其实是达茅斯定律。举个简单的例子，北极狐和袋獾的体重相当，但袋獾的种群密度实际上是北极狐的6倍。现存动物的这种巨大差异同样会影响研究人员对已灭绝的古生物的判断。
科学家认为，研究人采用的新方法还可以用来计算其他灭绝物种的种群规模。比如，未来我们也许能够了解霸王龙的数量是否随着三角龙（Triceratops）种群的变化而上下波动。这两类恐龙之间的关系类似于如今狼和驼鹿的捕食关系，对于生活在生态系统中的动物来说，它们显然无法“独善其身”。随着对更多物种的了解，我们对远古生态系统可能也会有更清晰的认识。
然而，目前其他大多数恐龙还没有如此丰富数据，让科学家能够进行相对完整的统计和计算。如果未来想把这项强大的技术应用到其他灭绝动物身上，还有更多的挖掘工作需要进行。
参考来源：
https://theconversation.com/how-many-tyrannosaurus-rex-walked-the-earth-159041
https://science.sciencemag.org/content/372/6539/284 https://www.theguardian.com/science/2021/apr/15/tyrannosaurus-rex-total-population
本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：Ashley Poust（加州大学伯克利分校古生物学助理研究员）、Daniel Varajão de Latorre（加州大学伯克利分校古生物学博士生），编译：Neanderthal