恐爪龍屬(學名:Deinonychus)是馳龍科恐龍的一屬,身長約3.4米,生活於下白堊紀的阿普第階中期至阿爾布階早期,距今約1億1500萬-1億800萬年前。它的學名是來自古希臘文的“δεινος”(意為“恐怖”)及“ονυξ/ονυχος”(意為“爪”),因為它的後肢第二趾上有非常大,呈鐮刀狀的趾爪,在行走時第二趾可能會縮起,僅使用第三、第四趾行走。一般認為恐爪龍會用其鐮刀爪來割傷獵物,但近年就迅猛龍重建模型的測試顯示這爪作刺戳之用,而非割劃。
恐爪龍的正模標本(編號YPM 5205)有個大幅彎曲的第二趾爪,奧斯特倫姆研究鱷魚、鳥類的趾爪,發現主龍類的趾爪具有角質鞘,所以趾爪的實際體積較大。奧斯特倫姆估計這個第二趾爪有12厘米長。
模式種為平衡恐爪龍(D. antirrhopus),種名antirrhopus意為“平衡”,取自於奧斯特倫姆對於尾巴功能的假設。就像其他的馳龍科,恐爪龍的尾巴有者一連串的長骨突與骨化肌腱。這種結構使恐爪龍的尾巴硬挺,可提供更好的平衡及轉彎能力。但是一個蒙古迅猛龍的標本(編號IGM 100/986),尾巴是往後彎曲、呈S狀,而且關節未脫落。這個發現顯示尾巴可以側彎,並有一定的靈活性。
基本介紹
描述,分類,發現與命名,更多發現,影響,古生物學,棲息地,獵食行為,速度,蛋化石,病理,
描述
古生物學家約翰·奧斯特倫姆(John Ostrom)在1960年代末期的恐爪龍研究有突破性的影響,引發恐龍究竟是否為恆溫動物的爭論,這個改變稱為恐龍文藝復興。在這之前,一般大眾認為恐龍是巨大、行動緩慢的爬行動物。奧斯特倫姆根據恐爪龍的小型體型、類似鴕鳥的二足步態、與地面平行的尾巴,以及大型、鐮刀狀的第二趾爪,提出恐爪龍是靈活、行動敏捷的獵食動物。
恐爪龍的化石發現於美國蒙大拿州、懷俄明州的Cloverly組,以及奧克拉荷馬州的鹿角組。而在馬里蘭州大西洋沿岸平原波多馬克組發現的牙齒,也可能屬於恐爪龍。在Cloverly組及鹿角組發現的恐爪龍化石與鳥腳下目腱龍的化石位置接近。根據與腱龍化石一同被發現的牙齒標本,顯示這些恐爪龍正在獵食這隻腱龍,或是恐爪龍正在食用腱龍的屍體。
根據恐爪龍的最大型標本,恐爪龍的體型可達3.4米,頭顱骨最大可達41厘米長,臀部高度為0.87米,而體重最高可達73公斤。它的頭顱骨有強壯的頜部,有約60根彎曲、刀刃形的牙齒。奧斯特倫姆最初將恐爪龍的不完全顱骨,重建成三角形、寬廣的頭部,類似異特龍。在發現更多、更完整的恐爪龍與其近親的化石後,顯示恐爪龍的上齶部較呈拱形,口鼻部較狹窄,顴骨寬廣,使頭部看起來較為立體,與奧斯特倫姆的重建不同。恐爪龍顱骨與伶盜龍不同,頭頂較堅固,類似馳龍;伶盜龍的鼻部上側往下凹,這點與恐爪龍不同。頭顱骨及下頜都有洞孔,可減輕頭部重量,而恐爪龍的眶前孔是特別的大。按頭顱骨來推算,眼睛主要是向兩側的。
就像其他的馳龍科,恐爪龍有大型手掌與三根手指。第一指最短,而第二指最長。每隻後肢的第二趾都有鐮刀狀的趾爪,長度約12厘米,有可能是作為捕獵動物。它可以先向前戳刺,並向下割來撕破獵物。相對於恐爪龍的體型,這些趾爪來的相當地大。恐爪龍的身體是靠尾椎及人字骨,在高速轉向時來維持穩定及平衡。
分類
恐爪龍是最著名的馳龍科恐龍之一,且是迅猛龍的近親,迅猛龍的體型較小,生存於上白堊紀的蒙古。它們的都屬於伶盜龍亞科,這個亞科最初是由瑞欽·巴思缽(Rinchen Barsbold)於1983年所提出,而當時只有單一的迅猛龍屬。後來菲力·柯爾(Phil Currie)將大部份的馳龍科都放在這亞科中。生存於上白堊紀蒙古的白魔龍,以及同時代在北美洲的蜥鳥盜龍都可能是恐爪龍的近親,但後者因化石較少而難以分類。迅猛龍及其近親都是使用第二趾爪作為獵殺工具,而不像馳龍是以厚實的頭顱骨來作為武器。馳龍科與傷齒龍科共同組成恐爪龍下目,是鳥類的姊妹分類單元。在種系發生學上,恐爪龍下目代表了一群不屬於鳥類,卻與鳥類是近親的恐龍。
發現與命名
恐爪龍的化石發現於美國蒙大拿州與懷俄明州的Cloverly組,以及奧克拉荷馬州的鹿角組。Cloverly組的地質年代為白堊紀早期的阿普第階晚期至阿爾布階早期,距今約1億1500萬到1億800萬年前。此外,馬里蘭州大西洋沿岸平原地帶的波多馬克組,發現了一些可能屬於恐爪龍的牙齒,年代為阿普第階。
恐爪龍的第一副化石,是在1931年由巴納姆·布郎(Barnum Brown)所帶領的隊伍在蒙大拿州南部的Cloverly組發現。布郎當時主要是想發掘並處理腱龍的遺骸,但在他交予美國自然歷史博物館的1931年報告中,指出發現了一小型的肉食性恐龍,發現位置接近腱龍化石,但因陷在石灰岩而難以作清潔處理。他非正式地將之命名為"Daptosaurus",並準備描述及展示其骨骼,但他卻沒有完成。另外,布朗將一個恐爪龍的牙齒,與另一種較小型獸腳類恐龍的骨骸混淆在一起,並非正式命名為"Megadontosaurus"。
約30年後,從1964年8月開始,古生物學家約翰·奧斯特倫姆(John Ostrom)率領一個耶魯大學皮博迪自然史博物館的挖掘團隊,在其後的兩年內發現了超過1000個骨頭,來自於至少三個個體。因為很難判斷這些化石的正確位置,所以恐爪龍的正模標本(編號YPM 5205)只限於完整的左足部,與部分的右足部,但都確定屬於同一個體。其他標本則在耶魯大學的皮博迪自然史博物館區分、標示成50個不同的項目。
在接下來幾年,奧斯特倫姆及格蘭特·邁耶(Grant E. Meyer)研究這些新發現化石,以及布朗所命名的"Daptosaurus"化石,發現它們是同種生物,並在1969年將這些化石命名為平衡恐爪龍(Deinonychus antirrhopus)。種名antirrhopus意為“平衡”,指的是它們堅挺尾巴的可能用途。同年,奧斯特倫姆公布更廣泛的恐爪龍專題論文。
奧斯特倫姆同時重新檢驗布朗所命名的"Megadontosauru",他發現那隻牙齒是屬於恐爪龍,而骨骼則是來自另一類動物。他在1970年,將骨骼部分命名為小獵龍。
雖然在1969年發現大量的恐爪龍化石,但許多重要部位的骨頭並沒有發現,剩下的難以確認。這些化石包含少數眼眶後顱骨,沒有股骨、沒有薦骨、沒有叉骨或胸骨、也沒有脊椎,以及一個被奧斯特倫姆認為是鳥喙骨的小型碎片。奧斯特倫姆將恐爪龍重建成具有獨特的骨盆,恥骨呈梯形且平坦,與坐骨長度一樣。
更多發現
在奧斯特倫姆研究了的正模標本後,仍有幾個陷在石灰岩的小型標本未被處理,而擺放在美國自然歷史博物館。這些標本大部份是獨立的骨頭及骨頭碎片,包括了標本埋葬時的周圍母岩。在2000年時,Gerald Grellet-Tinner與彼得·馬克維奇(Peter Makovicky)重新研究這些標本,發現一些有趣及被忽略的特徵。當中的幾條修長骨頭,原先被認為是骨化肌腱,可使恐爪龍尾巴堅硬,其實是腹肋。而且在原先恐爪龍標本的周圍,也發現了一些被忽略的蛋殼化石。
在後來的詳細報告中,Tinner與馬克維奇提出這些蛋幾乎肯定是屬於恐爪龍的,是首批發現的馳龍科蛋。再者,其中一個蛋殼的外表面緊接恐爪龍的腹肋,可見恐爪龍可能正在孵蛋。由此推斷恐爪龍是用身體的熱量來孵蛋,類似現今鳥類,這也顯示它們是溫血動物。在2007年,格里高利·艾利克森(Gregory Erickson)與其同事的進一步研究,發現正模標本的年齡約13或14歲,而且是穩定的成長。同一份研究中也指出,恐爪龍在死亡前便已停止成長,與其他已知的獸腳類恐龍不同。
影響
奧斯特倫姆在1969年的恐爪龍研究,被認為是20世紀中期最重要的恐龍發現。因為這個新發現的活躍、敏捷恐龍,改變了很多關於恐龍的科學研究,以及一般大眾對恐龍的認知,且開啟了對恐龍可能是溫血動物的辯論。這個認知的變化稱為恐龍文藝復興。幾年後,奧斯特倫姆發現了恐爪龍與鳥類的手掌的相似性,使他認為鳥類是從恐龍所演化而來。三十年後,這個觀念幾乎是被普遍地接受。
目前還沒有發現恐爪龍具有羽毛的證據。但某些馳龍科化石已發現有羽毛的直接與間接證據,顯示這個演化支普遍具有羽毛。生存年代較早、較為原始的小盜龍,也屬於馳龍科,已有多個標本被發現具有羽毛痕跡,分布於前肢、腿部、尾巴,羽毛形態已經相當類似現代鳥類。另一種在中國發現的中國鳥龍,化石也被發現有類似羽毛的結構,其特徵顯示它們較恐爪龍更為原始,其生存年份也早於恐爪龍。在2007年,恐爪龍的近親迅猛龍被發現前肢尺骨具有羽莖瘤。現代的鳥類也具有羽莖瘤,是羽毛的附著處。這個發現顯示伶盜龍也具有羽毛。在其他獸腳亞目中,如尾羽龍、鳥面龍、北票龍及帝龍,也有發現羽毛的輪廓,根據親緣分支分類法的位置,更令人相信所有馳龍科都是有羽毛的。菲力·森特(Phil Senter)在進行恐爪龍、斑比盜龍的前肢活動範圍研究時,提出馳龍類可能都具有飛羽。
古生物學
棲息地
其他同時期的恐龍包括有草食性的楯甲龍、鳥腳下目的西風龍及腱龍。在奧克拉荷馬州,恐爪龍的生態系統也包括了巨大獸腳亞目的高棘龍、蜥腳下目的波塞東龍、稜角鱗鱷、以及雀鱔目的Lepisosteus。如果馬里蘭州所發現的牙齒是屬於恐爪龍的,那恐爪龍也在當地區與星牙龍、傷龍、孔牙龍(目前只發現牙齒)等恐龍共同生存。Cloverly組中段的地質年代約為1億1500萬到1億800萬年前。
獵食行為
在Cloverly組,常在腱龍化石的附近發現恐爪龍的牙齒。而在其中兩個採石場,已發現相當完整的恐爪龍化石,就位在腱龍化石的附近。第一個是蒙大拿州Cloverly組的耶魯採石場,發現過四個恐爪龍的成年個體與一個幼年個體,以及眾多的牙齒。基於在同一位點發現大量恐爪龍的骨骼,且在腱龍的附近發現恐爪龍的牙齒,估計恐爪龍是獵食腱龍的。奧斯特倫姆與德斯蒙德·麥斯威爾(W. Desmond Maxwell)更以此推斷恐爪龍是成群生活及獵食的。第二個採石場則位在奧克拉荷馬州的鹿角組。該地發現六個腱龍的部份骨骸,體型不一,附近另有一個恐龍的部份骨骸與眾多牙齒。一個腱龍的肱骨上有齒痕,可能是恐爪龍所留下。在1998年,丹尼爾·布林曼(Daniel L. Brinkman)等人提出成年的恐爪龍為70到100公斤,而成年腱龍為1到4公噸。單一的恐爪龍無法獵殺成年的腱龍,顯示它們應是采群體方式獵食腱龍。
但是在2007年,布林曼與B. T. Roach基於現今肉食性動物的獵食方式及腱龍位點的埋葬學,質疑了恐爪龍在群獵時的合作性行為。現今的主龍類(鳥類及鱷魚)及科莫多龍有少數的合作性捕獵,不過它們主要是單獨獵食,或是被吸引至已死的屍骸,而會為了搶食獵物屍體而發生打鬥。例如,當一群科莫多龍一同攝食時,最大的會先吃,且會攻擊其他嘗試吃食的較小型科莫多龍;如果小型的科莫多龍被殺死,它們的屍體會被同類搶食。當這些資料套用在腱龍與恐爪龍的位點時,這似乎與科莫多龍與鱷魚的攝食模式很吻合。在這些位點發現的恐爪龍骨骼都是接近成年的,而失去了的部位可能是被其他恐爪龍吃了。在2007年,科學家們在中國山東省發現了第一個大量的馳龍科足跡化石。這個足跡化石可能是由大型馳龍科恐龍所留下,而且是由六個相近大小的個體,沿者海岸共同前進。這些個體相距約一米,朝同一方向緩慢前進。研究人員提出,雖然該足跡化石並不能明確指出馳龍科的獵食行為,但無法排除它們以群體獵食的可能性。
在2011年的一項恐爪龍下目趾爪研究,比對不同恐爪龍類、現代鳥類的腳掌結構、趾爪形狀,根據這些現代鳥類的獵食行為,分析這群恐龍的壓制獵物能力。這項研究認為伶盜龍等馳龍類可能以小型獵物為食。研究發現,許多掠食性現代鳥類也有大型第二趾爪,當它們獵食小型獵物時,會使用腳掌、趾爪將獵物固定在地面上,用體重施壓於獵物,再用鳥喙吞食這些獵物,尤其是鷹科。這項研究推論馳龍類會以類似的方式捕抓、固定獵物,並開始吞食獵物的身體,直到獵物失血過多、失去生理機能。研究發現馳龍類的後肢、腳掌結構最類似鷹,也有大型第二趾爪、類似的腳掌抓取範圍;馳龍類的跗跖骨短、腳掌力量,則比較類似貓頭鷹。伶盜龍的頜部、前肢結構,也符合這項研究的結論。馳龍科的前肢強壯,但極可能覆蓋者羽毛,它們吞食獵物時可能會將前肢張開,以伺機保持身體的平衡;尾巴也具有平衡身體的功能。馳龍科的頜部結構虛弱,可能主要用來吞食、撕咬獵物的肉體,而非以快速、強壯力量攻擊獵物。研究人員推測,近鳥類可能共同擁有這些演化特徵,而現代鳥類則繼承這些特徵。
咬合力
在2005年,一群科學家重建恐爪龍的頜部肌肉群,計算恐爪龍的咬合力,發現它們的咬合力相當於現代美洲鱷的約15%。在2010年,另一群科學家研究一個腱龍化石上的恐爪龍齒痕,發現這個恐爪龍是個大型個體,而且能直接咬穿大型動物的骨頭。他們計算出的恐爪龍咬合力,高於之前的生物力學研究結果,介於4,100到8,200牛頓,這個數值大於許多現代肉食性哺乳動物,接近類似體型的鱷魚。
四肢功能
在1970年,約翰·奧斯特倫姆曾參考鴕鳥與食火雞,發現這些鳥類會用較大型的第二趾爪攻擊獵物,進而產生恐爪龍會利用第二趾爪攻擊獵物的理論。食火雞的第二趾爪可長達12.5厘米。奧斯特倫姆並引用一個1958年的鳥類論文,認為後肢與第二趾爪,可用來將獵物的身體撕開、將內臟挖出。在近年,Chhristopher P. Kofron研究241件食火雞的攻擊紀錄,發現總計有1個人類、2隻狗的被攻擊死亡案例,但沒有證據顯示食火雞會用第二趾爪將獵物的內臟挖出。相反地,食火雞將趾爪作為防衛武器,攻擊對它們產生威脅的動物、或威嚇對方叫鶴也具有較大的第二趾爪,卻是用在撕裂小型獵物,以適合吞咽。。在2011年的一項恐爪龍類趾爪研究,也認為第二趾爪無法作出有效的刺穿、劃開獵物身體的動作,並提出第二趾爪有固定獵物功能的理論。
在2002年,肯尼思·卡彭特(Kenneth Carpenter)的生物力學研究,確認了恐爪龍的前肢最可能是用來捉住獵物的,因為其前肢的長度較其他獸腳亞目更易於捕捉。大及長的鳥喙骨顯示,恐爪龍有強壯的前肢肌肉,更加強了這個解釋。卡彭特的研究也製作骨頭模型來實驗。實驗證明恐爪龍是不能掘曲它的手臂,像鳥類般緊貼身體,這與嘉克斯·高斯特(Jacques Gauthier)及葛瑞格利·保羅(Gregory S. Paul)兩人在80年代的各別推論有所不同。
在2006年,菲力·森特(Phil Senter)指出恐爪龍的前肢未必只用來捕捉獵物,也可以將物體抓向胸部前方。恐爪龍被認為極可能前肢具有羽毛,但這會妨礙前肢的活動範圍。例如,當恐爪龍將前肢往前伸直時,掌心會自動翻轉朝前。當兩個前肢同時伸直時,前肢的羽毛會妨礙行動。所以森特認為,當恐爪龍在同時間只能用一隻手抓近物體,而不能同時用雙手。羽毛可能也限制了手指的功能,所以可能只有第三指可發生作用,例如在探挖土中的小型獵物時,也只有第三指可做出90度的彎曲。在2001年,Alan Gishlick也對恐爪龍的前肢力學做了研究,他認為即使前肢具有羽毛,它們並不會明顯影響前肢的抓取能力。而且,當手掌抓取時,可與前肢作90度垂直,並可做類似擁抱的動作。這些發現與卡彭特與森特的前肢研究一致。
在2006年,克里斯登·帕森斯(Kristen Parsons)提出恐爪龍的幼年及接近成年標本,與成年的標本有著一些形態上的不同。例如,幼年個體的手臂在比例上較成年的為長,顯示可能幼龍與成年的行為模式可能也不同。另一個證據是腳趾趾爪的功能。帕森斯提出幼年個體的趾爪比較彎曲,可能有助於翻爬樹幹;成年個體的趾爪比較筆直,有助於在地面移動。這個理論是根植於小型馳龍科可能會使用趾爪在攀爬樹幹。
速度
在1981年,Richard Kool對於加拿大恐龍足跡化石的研究中,他針對英屬哥倫比亞蓋森組所發現的不同物種的足跡,做了初略的行走速度估計值。其中一個可能是恐爪龍留下的足跡,被估計以時速10.1公里行走。
蛋化石
在2000年,從正模標本周遭石塊鑑定出來的恐爪龍蛋,可讓研究人員與其他獸腳亞目的蛋結構、巢穴及繁殖作出比較。在2006年,Tinner與馬克維奇評估這些蛋殼標本的時候,他們提出不同的假設,例如馳龍科是吃蛋的,或者蛋碎片與該只恐爪龍是碰巧在一起的。因為這些蛋殼是在恐爪龍的腹肋與前肢之間,並非是在胃部之內,故這些蛋並非它們的食物。而根據蛋殼的擠壓與破碎狀況,可推論蛋是完整埋入土中的,而在化石化的過程中破裂。另外,由於蛋周圍的骨骼並非分散或分開的,反而是與在生時差不多的姿勢,可見這個位點在化石化期間並沒有受到影響,故巧合之說亦不成立。事實上,腹肋通常很難發現保持天然狀態的,可見這些蛋是在埋葬時就在恐爪龍的腹下。這可能是恐爪龍的孵蛋或築巢行為,像傷齒龍科或竊蛋龍科;或是該恐爪龍死時,蛋仍在輸卵管之中。
根據這些蛋的微結構,發現它們是屬於獸腳亞目,因為它們有著其他獸腳亞目蛋的特徵,並與鳥臀目及蜥腳下目蛋的不同。與其他手盜龍類比較,這些蛋化石較像竊蛋龍科的蛋,而非傷齒龍科的蛋。雖然該蛋經已碎裂,而很難評估其大小,但Tinner與馬克維奇根據蛋所經過的骨盆腔,推測出蛋的直徑約為7厘米。這個大小與最大的葬火龍蛋的直徑7.2厘米接近。而葬火龍與恐爪龍的體型接近,支持了蛋的估計值。再者,葬火龍蛋殼及恐爪龍蛋殼厚度差不多完全一致,由於蛋殼厚度影響著蛋的體積,故此有指它們蛋的大小是完全一樣的。
病理
在2001年,布魯斯·羅斯柴爾德(Bruce Rothschild)等人發表一份獸腳類恐龍的壓力性骨折研究。他們研究恐爪龍的43個手掌骨頭、52個腳掌骨頭,沒有發現壓力性骨折的跡象。
編號YPM 5205標本的第二腳趾第二趾骨,被發現有骨折後癒合的跡象。