龟究竟是如何进化的:进化论缺失的环节

2008年12月12日10:12  来源:中国新闻网

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M. Donnelly绘制的半甲齿龟复原图。作为龟类的祖先,它们生活在水中。

发现于贵州的半甲齿龟化石。

  中国科学家找到明确的化石证据证明,随着椎骨和肋骨的扩展,龟甲是自下而上形成的,而不是来自皮肤演化

  中国古生物学家发现了一个迄今为止最古老的龟类化石,它不仅把龟的历史前推了1000多万年,而且解开了一个长期困扰科学界的谜团:龟甲是怎么形成的?

  这块保存完好的化石,是在贵州省关岭县距今2.2亿年前的晚三叠世早期地层中找到的。

  与现在已知所有的龟类不同,这个“最老”的龟长着牙齿,背部的甲壳也不完整。因此,被命名为半甲齿龟。“这就是我们一直在寻找的进化过渡物种。”主持这项研究的中国科学院古脊椎与古人类研究所副研究员李淳说。他告诉《中国新闻周刊》,此前没有人知道龟壳是如何进化的,但它不可能突然出现。

  不寻常的龟甲

  龟是一种很常见的动物,没有人觉得它们奇怪。但在李淳眼里,龟太特殊了,“它是生物进化史上最大的谜团。”他说,所有的四足动物不论是两栖类、爬行类,还是鸟类、哺乳类,尽管形态千奇百怪,但骨骼的基本模式是一致的,一根脊椎骨,前端是头、后端是尾,两侧是四肢。

  “这就好比各式各样的汽车,不管是小轿车、大卡车,还是跑车,都是一个铁皮盒子加四个轮子。唯独龟例外——它的背部是一整块骨骼。”在这位生物学家看来,龟与其他四足动物的差别“就好比缆车与汽车的差异那么大”。

  龟甲由坚硬的背甲与腹甲闭合而成。背甲是一大块最外层覆盖着角质盾片(厚度不足人的指甲)的骨骼,包括中间一行椎板和两侧若干块肋板,俗称“龟13点”。如果解剖一只龟,会发现背甲下就是内脏,椎骨和肋骨已分别插在椎板和肋板里,并与之完全结合。

  之所以龟的特殊不被世人所知晓,李淳认为是因为它“太普通了”。他说,假设龟很早就灭绝了,没有人见过。那么,现在哪怕是发现一块最普通的龟化石,如果有人提出它不是地球上的物种,这个推论也不过分,“因为它与其他动物差异太大了”。

  废石料中翻出“缺失的环节”

  很多古生物学家都认可龟的特殊性,但很少有人对此进行研究,因为原始龟的化石太少。在这之前,三叠纪时期的龟类化石仅在德国、泰国和阿根廷发现过3个属种,但它们都已经与现代龟类非常相似——上下颌没有牙齿,全身包裹着甲壳,因此无法为龟甲的起源提供线索。

  此次,发现半甲齿龟化石的贵州西南地区,近年来出土了大量的三叠纪海生爬行动物化石。三叠纪距今两亿多年,当时这一地区还属于海洋的一部分。

  当地百姓时常进山开采石料,也经常发现埋藏在岩石中的动物化石。据说,中国第一块三叠纪海生爬行动物化石——“胡氏贵州龙”就是中国著名地质学家胡承志1956年在老乡家房顶上找到的。

  2007年,在当地考察的李淳,也是在老乡屋前的一堆废石料中翻出了半甲齿龟化石。看到化石的第一眼,“我就知道这里面(包裹着的)是一种我不知道的生物化石”。

  但从小喜欢养龟的李淳此时并没有意识到化石是龟,此前他也没有真正研究过龟。带回北京后,在实验室专业设备射出的强光下,李淳隐隐约约看见化石里有一大片骨头。“我当时推测,只有两种可能,要么是一种新的齿龙,要么就是龟。”

  紧张的修复工作开始了。李淳至今仍清楚地记得标本第一个结构修复出来时的情景。“是左后肢最末端的一个指节,细细的、弯弯的。”这让他进一步推断“是一种龟,而且很可能是一种迄今为止最原始的龟”。 在这之前,人们认为在德国发现的原颚龟是最古老的龟,它生活在距今2.1亿年前。

  整个标本修复出来后,最古老的龟已经确认无疑了,但过渡特征却并不明显。正当李淳犹豫是否继续修复化石的另一面时(这很可能会损坏化石),一个朋友通过手机给他发来一张化石的照片,问他要不要。“有时运气来了,真是挡都挡不住啊!这块化石正是我想要的半甲齿龟的背面。”

  当半甲齿龟完整的背面结构清晰地呈现在李淳眼前时,他“脑子里一片空白”。“这不正是达尔文理论中的‘缺失的环节’吗?背甲的椎板已开始骨化,肋板尚未形成,但肋骨明显扁平加宽。一切都那么完美。”

  “始祖龟”揭示龟甲形成

  自19世纪以来,科学家们一直在争论龟的甲壳到底是怎么形成的。

  以前占主导的一种说法认为,龟甲是由皮肤中的小骨板演化而成的。按照这种理论,龟类祖先的皮肤里先出现一些小的骨板(类似鳄鱼的皮肤);这些小骨板不断扩大,融合成若干较大的骨板;同时,大骨板下沉到内骨骼上部,与脊椎和肋骨愈合形成龟甲。

  与之相对的理论则认为,龟先有腹甲,然后椎骨和肋骨长大长宽形成背甲,龟缩进背甲躲避食肉动物。

  半甲齿龟的背甲尚不完整,而腹甲已经成形。这项研究的参与者之一、加拿大自然博物馆的古生物学家吴肖春说:“现在有明确的化石证明,随着椎骨和肋骨的扩展,龟甲是自下而上形成的,而不是来自皮肤。”

  有评价说,半甲齿龟在龟类进化中的地位就如同鸟类中的始祖鸟,是目前研究物种进化过程中极度缺乏的中间环节。11月27日出版的英国《自然》杂志刊登了李淳等人对它的研究成果。

  另外,通过对半甲齿龟各部分骨骼的数据分析,李淳得出“它曾生活在水中,而且对水环境的适应程度与今天的鳖(甲鱼)大致相当”的结论。

  李淳推测,生活在水里,动物的腹部容易受到攻击,这或许也是为什么先有腹甲后有背甲的原因。美国芝加哥市菲尔德自然博物馆的奥利维尔·里佩尔也参与了半甲齿龟的研究,他说,“生活在陆地上的爬行动物腹部靠近地面,基本没有危险”。

  李淳一直认为龟类起源于水环境,而不是陆地,这也与传统观点截然相反。生活在水里的半甲齿龟,让他非常兴奋,“因为它是最古老的龟”。(记者 蔡如鹏)

(责任编辑:张莉)
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