作者：糖獸
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恒溫動物可以利用自身的代謝來調節和維持體溫，這種内溫性（endothermy）的進化代表了脊椎動物史上的一個重大轉變。然而，關于鳥類和哺乳動物究竟是如何以及為何演化出内溫性的，仍是一個存在重大争議的話題。
在一篇發表在《科學進展》的新報告中，研究人員将一個傳熱模型與獸腳亞目恐龍的體型資料結合了起來，他們沿着鳥類的主譜系，重建了代謝率的演化。得到的結果表明，身體尺寸的減小為恒溫的出現形成了阻力最少的進化途徑，它在降低了高昂的能源需求的同時，最大化了熱生态位的擴充。
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鳥類和哺乳動物的内溫性進化是脊椎動物進化過程中的一個重要轉變，它是一個表現不同物種之間的進化趨同的絕佳例子。内溫性的出現對這些物種廣泛的地理分布和生态成功都至關重要。雖然有少數幾類無脊椎動物也能将自身體溫提高到高于周圍環境的溫度，但在休憩時依靠自身産生的内源性熱量來維持較高的恒定體溫，是鳥類和哺乳動物獨有的屬性。
内溫性使得這些動物具有更大的靈活性、耐力和耐受力。然而從能量的角度出發，這種屬性是一種成本高昂的生存政策。從現有的化石記錄中，科學家并沒有找到任何實質性的内溫性的痕迹。是以一直以來，内溫性的進化程序與模式都仍是脊椎動物進化學中最容易引起争議的問題。
為了了解在鳥類和哺乳動物的進化過程中，内溫性是在什麼時候、以何種方式開始的，有兩個基本問題需要被讨論：
1. 與外溫性（ectothermy, 即動物從環境吸收熱能，依賴行為調節以适應環境的溫度變化）相比，内溫性的成本和收益是什麼？
2. 在什麼樣的條件下，這種朝着内溫性的轉變會更具優勢？
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在新的研究中，研究人員使用了一個用于研究恒溫動物的溫度調節的傳熱模型來解答這些問題。在此之前，這一模型很少被用于研究外溫性。但由于所有的生物都能産生内源性熱量，是以在熱穩定的狀态下，這一模型仍然适用。通過這一重要的假設，研究人員避免使用常被用于研究外溫性的複雜模型，使分析變得更加簡單。
利用這個模型，他們從動物的流動性、覓食效率、躲避捕食者的能力、對環境的耐受性和定居能力、生長速度等參數出發，量化了内溫性的成本和收益。他們利用精确的體型資料，與外溫性的祖先和内溫性的後代作對比，計算出了采用恒溫生活方式的成本效益。
他們将熱傳遞模型與系統發生學以及從化石記錄中得出的體型重建相結合，揭示了鳥類和獸腳亞目恐龍祖先的内溫性進化過程。利用根據化石記錄重建而成的體型資料，模拟了大小在10克到10萬千克之間的體型，計算出了沿着鳥類譜系進化促成内溫性的成本。
結果表明，在這些動物的體型變得越來越小之後，能耗出現了明顯降低。也就是說，體型的微型化進化減少了内溫性所需的能量消耗。
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那麼，為什麼體型的減少會伴随耗能成本的降低呢？他們用兩種現象解釋了其中的可能原因。
首先，在代謝率增加之後，熱生态位的擴充情況更多地出現在大型外溫性動物身上。這是因為由于這些大型動物具有巨溫性，是以有着更強的維持較高體溫的能力。研究人員注意到，外溫性祖先的原始尺寸越大，向内溫性轉變的成本就越低。
體型的縮小與從祖先獸腳亞目恐龍到基底鳥類的變遷一緻，它們将原本用于變大的能量成本用于維持内溫性 | [1]
再者，在微型化的過程中，這些動物将原本要用于變大的能耗用在了内恒性上，這有助于了解它們是如何進化出如此高的能量轉化率的。與同等大小的爬行動物相比，鳥類需要的食物是爬行動物的15到20倍。
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從新的結果中，研究人員發現代謝率的升高跨越了侏羅紀早中期的大部分時間（約1.7億至1.8億年前）。他們推測，正是因為新陳代謝随着體型的縮小而增加，導緻了獸腳亞目恐龍的系統發生學出現了新陳代謝水準的梯度變化。
基礎的獸腳亞目恐龍可能表現出更低的新陳代謝率，更近期的非鳥類譜系有着更好的新陳代謝，似乎能更好地調節溫度。這些分析為小型、恒溫且會飛的有羽毛的恐龍的出現，提供了關鍵的初步進化時間順序。他們的研究表明，恒溫動物在飛行進化之前就已經存在。
參考來源：
[1] https://advances.sciencemag.org/content/6/1/eaaw4486
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