进化导致了植物食性和肉食性动物的出现，但涉及哪些因素？已灭绝的脊椎动物消耗了什么食物？此外，我们如何揭示这些古代生物的饮食习惯？对于现存动物，观察它们当前的饮食习惯是相对简单的。然而，对于那些不再存在的物种，科学家们依赖化石提供的形态和化学数据。最近，一个研究团队创建了一个包含同位素数据的参考框架，帮助识别现存爬行动物的饮食，从而成为研究化石爬行动物饮食的宝贵资源。
进化的过程导致了植物食性和肉食性动物的形成，但哪些机制在起作用？已灭绝的脊椎动物遵循什么样的饮食？我们如何了解到这些古代饮食？观察现存动物的觅食模式相对容易。然而，对于已灭绝的物种，研究人员必须依赖从化石中获取的形态和化学证据。由美因茨约翰内斯·古腾堡大学的托马斯·图特肯教授领导的研究团队开发了一个同位素组成的参考框架，揭示了现存爬行动物的饮食习惯，这将有助于重建古代爬行动物的饮食。图特肯解释道：“这个爬行动物的参考框架是我们重建已灭绝动物（如恐龙）饮食的有用工具。”他表示：“以前没有类似的可比数据。”他们的研究成果发表在《皇家学会B辑》期刊上。
爬行动物的多样饮食
现代爬行动物表现出广泛的饮食习惯，从植物食性到肉食性。一些物种专注于特定的食物群体：例如，加拉帕戈斯海鬣蜥以藻类为食，变色龙只吃昆虫，吉拉怪兽喜欢蛋，而像咸水鳄鱼和科莫多巨蜥等顶级捕食者几乎只吃肉。“这种广泛的多样性使我们重建已灭绝爬行动物的饮食变得复杂，”图特肯指出，强调古生物学家在研究这些古代饮食时面临的挑战。
今天爬行动物的最早亲戚出现在3亿多年前。已知的第一种爬行动物Hylonomus类似于蜥蜴，约在3.15亿年前在现在的加拿大繁盛。这些原始爬行动物展现了相似的头骨、下颚和牙齿结构，显示出对肉食性饮食的倾向。然而，目前尚不清楚爬行动物何时从以昆虫为主的生活方式过渡到包含肉类和植物的饮食。
利用28种爬行动物物种建立地球化学参考框架
美因茨建立的参考框架对于理解现存和古代脊椎动物的饮食至关重要。图特肯的团队收集了28种现代爬行动物的数据显示，通过检查其骨骼和牙齿中的钙和锶同位素。这些同位素根据饮食选择显示出系统性的变化。“我们选择了以植物食性或肉食性行为著称的爬行动物，并包括一些具有高度专业化饮食的物种以拓宽比较范围，”图特肯详细解释。研究的物种包括短吻鳄、巨蜥、鬣蜥和变色龙。研究人员特别关注钙-44和钙-42同位素，发现随着食物链的上升，这些同位素的浓度减少。“以昆虫为主的爬行动物体现出最高的值，使其与其他饮食习惯的爬行动物截然不同，”研究的首席作者迈克尔·韦伯博士说道。研究发现，草食动物和肉食动物的同位素比率一致降低，成功识别出海鬣蜥和以蛋为食的爬行动物的独特饮食模式。
在同一物种中对锶-88与锶-86的稳定同位素比率也进行了分析，提供了额外的营养见解。“通过建立广泛的稳定锶同位素参考系统用于饮食分析，我们发现所得结果与钙同位素在各种饮食类型上的结果密切相关，”合著者、图特肯团队的前研究人员卡特琳·韦伯博士解释说。“然而，锶在牙齿和骨骼中较少存在，更容易在化石化过程中发生变化，因此钙对于已灭绝物种来说是更可靠的选择。”分析显示，爬行动物的钙同位素比率超过哺乳动物，即使它们的饮食相似。研究人员考虑到这一差异的各种生理原因，表明哺乳动物的数据不能直接用于评估史前爬行动物（如恐龙）的饮食。
牙齿磨损模式提供额外的饮食见解
除了化学分析，研究团队还观察了因饮食导致的牙齿机械磨损模式，作为饮食重建的额外方法。通过观察牙齿表面的小划痕，科学家可以评估动物主要是消费硬食还是软食，进一步丰富对已灭绝物种饮食的理解。这些数据是与基尔大学的达尼埃拉·温克勒博士合作，从现代爬行动物的观察中汇编而成，结合了新的同位素数据。这两种数据源的交集使研究人员可以区分可能消费如壳或骨等磨耗性材料的动物，以及主要食用软食的动物。
图特肯教授总结道：“为了准确解释源自化石的化学和机械饮食模式，我们首先需要为已知饮食的现代同类建立相关数据。这为我们提供了一个比较参考框架，增强了我们评估饮食和准确重建古代物种觅食习惯的能力。”图特肯教授于2016年获得了ERC整合基金支持他对第一个陆生脊椎动物的饮食习惯的研究，这有助于推动当前的研究项目。
