“高跟鞋”助力恐龙主宰全球

　　蜥脚类恐龙是陆地上最大的动物，但它们的腿脚却没能跟上身体长大的速度，乍一眼看去，它们就像几根木棒支撑着的摩天大楼。恐龙的小脚是如何支撑庞大的身体的?

　　穿着“高跟鞋”的小脚

　　2017年，考古学家在澳大利亚金伯利地区发现了一枚巨型脚印：长达1.75米，宽约1米，作为浴缸绰绰有余。地球上还有什么动物能留下这么巨大的脚印呢?据考古学家推断，此足迹为巨型长颈草食性蜥脚类恐龙在大约1.4亿年前漫步澳大利亚时留下的。

　　这么一说，人们恍然大悟，根据目前已发现的蜥脚类恐龙的骨架推断的身长和体重，它们长着这么大的脚掌完全有可能，甚至与其体重相比，这还算是一只“小脚”。一开始，蜥脚类恐龙并不巨大，大约在2.3亿年前，蜥脚类恐龙的祖先还只是小型的两足动物，它们的体重与鸵鸟相近。但从大约2.1亿年前开始，蜥脚类恐龙就像吹了气一样疯狂地生长：它们的平均身长可达30多米，体重将近100吨。蜥脚类恐龙是我们目前发现的最大的陆地动物，其中最大的一只身长有近50米，身高18米，体重达到130吨!据说，这只恐龙每走一步，地面就会抖三抖，就像地震一样，因此人们将它昵称为“震龙”。

　　因此，这样看来，即使是大如浴缸的脚掌，长在蜥脚类恐龙的身上也只是“三寸金莲”而已。更奇怪的是，这样一双小脚在走路时竟然像是踮着脚的：前脚掌留下的痕迹很深更重，能明显看出脚趾的痕迹，但后脚跟更加膨大，就像踩在一双宽松的高跟鞋上。

　　像大象学穿“高跟鞋”

　　其实，恐龙的这种走路姿势我们在现代动物身上也曾看到过，那就是现存的最大陆地动物——大象。

　　我们知道，受力面积越大，压强越小，在行走上，这个规律同样适用。比如我们人类行走时，整个脚掌着地，这样足部所受到的压力就小，即使只用两只脚掌也能支撑整个身体的重量。那么，像大象和恐龙这样庞大的动物，它们更应该使用脚掌走路，这样才有可能支撑身体。可是，如果观察大象的足迹，我们就能发现，它们竟然像是用脚趾来着地的。

　　有些哺乳动物的指(趾)骨延长，脚掌缩小，仅用指(趾)端的蹄着地行走，这种方式称为蹄行，一些体型庞大的动物，马、牛、河马和犀牛等都是蹄行性动物，也就是说，它们都是“踮起脚尖走路”的动物。通过对比人们发现，大象的脚掌结构和河马、犀牛十分相似，它们也是仅靠脚趾在支撑全身和行走的。这与我们的常识有些相悖，足部与地面接触面积越小，压强就越大，大象们走起路来就像踩在刀尖上，这小小的脚尖是如何撑起庞大的身躯的呢?

　　科学家解剖大象的脚部后，发现它们的脚掌结构和人的脚掌不同，脚掌很短，胫骨却很粗大，足以支撑很大的体重。更重要的是，大象的脚部大部分是由脂肪和肌肉组织构成的。大象脚后跟的地方填充着大量的脂肪，大象行走时就踩在这个厚厚的“脂肪脚垫”上。“脂肪脚垫”不仅承托着大象的重量，在行走时还起到了缓冲作用，减少了体重对脚部的压迫，使得大象可以走得更远。

　　大象虽然是用脚趾着地行走的，但是大部分体重还是由后脚掌来分担的，只不过不是脚骨直接接触地面，而是由厚厚的脂肪层垫着，这种行走方式被称为趾行。通过观察蜥脚类恐龙的脚印，科学家猜想，它们也是与大象类似的趾行动物。

　　模拟恐龙的“猫步”

　　多年来，澳大利亚昆士兰大学的恐龙学家安德烈亚斯·詹内尔一直在寻找各种方法来还原恐龙的步伐。2019年，他和同事们制作了一只24吨的蜥脚类恐龙的脚部化石的复制品，并且对其进行了一系列的物理操作以了解骨头间的运动。之后，他们观察并收集了来自世界各地的蜥脚类恐龙的脚印数据，其中许多脚印表明，这些动物的脚后跟都有一块“鞋垫”。这些“鞋垫”是偶然出现的还是恐龙行走的必需品?如果没有这些“鞋垫”，恐龙的行走姿势会发生什么变化?

　　詹内尔使用计算机技术来模拟不同的足部姿势和软组织垫的存在对骨骼内的应力分布的影响。经过3年的研究，他终于得出结论：“鞋垫”是巨大的蜥脚类恐龙的必需品。詹内尔比较了添加和不添加“鞋垫”时不同行走姿势对足部的影响，结果发现，无论脚趾采用何种姿势——脚趾着地，脚趾部分着地，或者只有脚趾尖着地——没有一个模型能够承受蜥脚类恐龙在行走时会产生的机械力，其脚骨会在它们巨大的重量下被压扁，除非它们在脚跟后方垫上一个“鞋垫”。

　　詹内尔猜想，在蜥脚类动物的进化过程中，随着其体型的增大，必须增加一个支撑足部骨骼的缓冲垫，而且这个“鞋垫”的出现时间可能非常早：至迟到1.7亿年前，“鞋垫”就开始出现在恐龙的脚底，这允许第一批体重超过10吨的蜥脚类恐龙出现。随后，站稳脚跟的蜥脚类恐龙开始了多样化和巨型化的进程，从梁龙、腕龙到泰坦龙，在接下来的1亿年里，蜥脚类恐龙的足迹遍布全世界，成为了世界霸主。

　　人类穿高跟鞋是为了增高爱美，恐龙穿“高跟鞋”能够站稳走好，这两者大异其趣。