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麦烧历险记

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No.145 古龟之谜  

2008-11-29 15:30:36|  分类: discover |  标签: |举报 |字号 订阅

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No.145 古龟之谜 - 麦烧 - 麦烧历险记
贵州关岭出土的“半甲齿龟”是目前已知的最原始龟类。

贵州关岭出土的“半甲齿龟”,有助于揭开龟甲形成之谜

【《财经网》专稿/记者 徐超】对于普通人来说,龟是一种触手可及的动物。除了海底世界和动物园,龟也会时不时地充当人类的宠物甚至餐桌上的补品。但是,我们对龟的了解还远远不够。

在有关龟的未解之谜中,龟甲的形成就是其中之一。而解开这个谜题的钥匙,或许就埋藏在中国贵州省的关岭县。

11月27日,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所李淳博士及其同事,在英国《自然》杂志报告了迄今为止最原始的龟类化石。这种在贵州关岭出土的化石,有助于揭示长期困扰学术界的“龟甲形成之谜”。

贵州关岭:化石研究热土

关于最古老龟类化石发现的故事,还得从李淳在北京某个花鸟市场的奇遇说起。

1999年上半年的一天,即将从中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究生毕业的李淳,在北京的一个花鸟市场遇到一位喜好奇石收藏的老先生。老先生手中的一张照片吸引了李淳。

照片中模糊的石头,正是来自于贵州关岭的一种海生爬行动物化石。这种动物被称为新铺龙,其所属的类群不仅在世界上非常罕见,在中国甚至亚洲更是首次发现。

“当时我不知道它是什么,但我知道,它肯定不是我所知道的任何东西”。李淳对《财经》记者说。

随后,研究所组织老专家和李淳一起沿着照片的线索,从奇石收藏市场入手,最终追踪到了贵州省关岭布依族苗族自治县的一个小山村。

同年6月,李淳在中国科学院的《科学通报》杂志发表了中国第一篇关岭晚三叠纪动物的论文——《贵州三叠纪:新鱼龙的初步研究》。自此,李淳开始了他寻觅三叠纪海生爬行动物化石的旅程。

被地质学家称为“三叠纪”的年代,距今约两亿多年。当时的世界地理格局与今天全然不同,大陆分为南北两部分,北边是劳亚古陆,南边是冈瓦纳古陆。在两块古陆地之间,是一片海洋——特提斯洋的海洋。

其中,三叠纪的海生爬行动物化石广泛分布于欧洲、北美和中国南方等地。中国的三叠纪海生爬行动物化石产地,绝大多数位于贵州省,其中包括关岭。

如今的贵州关岭,当时属于海洋的一部分。在那里的海相地层——海洋沉积物经过亿万年来演变而成的地层,保存有相当数量的三叠纪动物化石,绝大多数动物都属于海生动物,也会有个别的陆生动物由于偶然因素混杂其中。

自1999年以来,科学家在关岭地区陆续发现了多种三叠纪动物化石,包括羊圈幻龙、东方恐头龙和混形黔鳄等。

此次发现的原始龟类化石,不但是关岭地区首次发现的龟类化石,也是世界上所发现的最原始的龟类化石。

龟甲形成之谜

对李淳来说,这次发现带有很大的偶然性,却也像是一种“注定”。

在他的办公室,摆放着三个大小不同的龟缸,分别养着三只龟。其中一只个头最大的龟,从头至尾有30厘米长,学名叫“大头平胸龟”,曾一度濒临灭绝,它是李淳从小学时就开始饲养的——最多的时候,他的家里有20多只龟。

“没想到,这次发现了它们的老祖宗。”他笑着说。

李淳办公室养的乌龟,也成为了他给《财经》记者解释龟甲形成之谜的“道具”。

龟壳包括两个部分,一个是位于背部的背甲,一个是位于腹部的腹甲。如果不考虑位于边缘的小甲片,一般情况下,龟的背甲是13块,中间5块,两边各4块,俗称“龟13点”。我们通常看到的这13块背甲只是龟甲的盾片,厚度还不及人的指甲。

在盾片的内部,有着真正的骨骼结构,中间是椎板,两边是肋板。如果解剖一只现代的龟,会发现其肋骨是插在肋板里并与之愈合的。

一些古生物学家曾经推测,原始龟甲的形成过程如下:首先,在龟类祖先的皮肤内部,已经有很多小骨板,这些小骨板不断融合,形成一个大的骨板。大的骨板再下沉到内骨骼上部,与脊椎或者肋骨愈合而形成龟甲。

但是,人们一直没能找到确凿的化石证据来支持此种观点。

关岭出土的三块龟类化石,则提供了另外一种解释。这些龟类化石来自距今2.2亿年的晚三叠纪早期地层,具有细密的牙齿以及雏形状态的甲壳结构,被命名为“半甲齿龟”。

通过对半甲齿龟牙齿、龟甲、脊椎、肩带和上耻骨的分析,李淳及其同事断定,半甲齿龟是最原始的龟类。

其中,最重要的特征是背甲。半甲齿龟拥有完整的腹甲,而背甲只是一个雏形。也就是说,在这个龟的祖先身上,科学家没有看到此前理论假定存在于皮肤中的小骨板。背甲仅仅是从脊椎上部开始骨化——形成椎板,而其加宽的肋骨则说明,龟的肋板很可能就是通过肋骨加宽而形成今天的模样。

加拿大多伦多大学Robert Reisz教授及其同事在《自然》杂志发表评论称,李淳等人的发现尽管还可能存在不同的解释方式,但“为研究这类爬行动物演化中的谜团开辟了全新的篇章……而这些古老龟类再次证明,新的化石标本可以改变人们对脊椎动物进化历史的认识”。

中国半甲齿龟VS德国原颚龟

三叠纪时期的龟类化石在世界上极为罕见,此前公认的三个属种分别发现于德国、泰国和阿根廷。其中,德国发现的原颚龟化石是此前已知的最古老龟类化石。

原颚龟也出现在晚三叠纪时期,仅比半甲齿龟晚1000多万年。这两种古代龟类都拥有蝶状的上耻骨,这是其他已知的龟类所没有的特征。

不过,原颚龟和半甲齿龟有着极为明显的区别。原颚龟和现在的龟几乎一模一样,它不但没有牙齿,而且拥有完整的龟甲,并不属于过渡性物种。相比之下,半甲齿龟的上下颌都有不止十颗牙齿,就和人的牙齿一样,而龟甲并不完整。

根据达尔文的进化论,物种进化是一个渐变的过程,从一个物种的形成过程中,会出现过渡性的阶段。这也是为什么兼具爬行动物和鸟类特征的始祖鸟,对达尔文进化论支持者来说意义非凡的原因。

在龟的进化过程中,一直缺少像始祖鸟这样的过渡物种。关岭出土的龟类化石,则弥补了龟类进化中的这一缺失环节。

为什么从半甲齿龟到原颚龟,只用了地质史上并不算长的1000多万年,牙齿就完全消失变成喙,背甲也得到完整的进化?而从原颚龟到现在的龟,用了2亿多年,却没有明显的变化呢?

李淳说,这要通过“间断-平衡理论”来解释。所谓间断,是指在生物演化过程中,物种形成速度很快;而物种一旦形成,就会长期处于稳定状态,在特征上没有什么变化。

有人认为,间断-平衡理论与达尔文进化论是矛盾的,但李淳不同意这种观点。“在所谓的间断过程中,也是一步一步变化的,存在中间环节。”

在他看来,从半甲齿龟到原颚龟,中间肯定也会有过渡龟类,只是这些龟类有可能没有保存为化石,也有可能形成了化石,但还没有被找到。

乌龟的秘密武器

根据半甲齿龟的身体结构数据,李淳及其合作者确定其属于水生动物。

李淳出示了一个囊括了大量不同龟类数据的金字塔状表格。金字塔的顶端是水生特征特别强的龟类,包括各种各样的海龟;中部是淡水龟类;底部则是陆龟和旱龟等。

将半甲齿龟的数据进行分析后,李淳和同事发现,半甲齿龟所处的位置和现在的鳖(甲鱼)所处的位置几乎重合。他们由此推论,半甲齿龟对水生生活的适应程度和甲鱼相似。

当然,科学家还不能判断出半甲齿龟的生活环境是海水还是淡水。

为什么半甲齿龟拥有与今天的龟类相差无几的的腹甲,而背甲才刚开始出现呢?实际上,这一过程与现代龟类的胚胎发育十分相似。

李淳解释说,生活在海水或淡水中的龟类,腹部受到攻击的可能性要比背部受到攻击的可能性大,尤其是海洋中很多猎食动物对猎物发起攻击都从喜欢攻击“下三路”。

因此,龟类的腹部会首先发展出一种保护结构,或者说打造出一种秘密武器。当龟类逐渐经历水生到陆生的过程后,来自“上三路”的威胁越来越多,也就变化出了背甲。

此前,大部分古生物学家都认为,龟类是在陆地上起源的。只有包括上述论文作者之一、美国芝加哥菲尔德博物馆地质学部主任Olivier Rieppel博士在内的少数学者推测,龟类起源于水环境。Rieppel博士告诉《财经》记者,此次发现的半甲齿龟是非常重要的原始龟,同时为龟类起源于水环境的假说提供了证据。

不过,支持龟类陆地起源说的一些古生物学家,仍然坚守他们的观点。多伦多大学Robert Reisz教授及其同事在《自然》发表的评论中就认为,在半甲齿龟之前,可能有一种更原始的陆生乌龟。这种乌龟进入水后,才引起了背甲的退化。

据了解,半甲齿龟研究是在中国科学院、国家自然科学基金委以及科技部项目联合资助下完成的。除了李淳和Rieppel,参与者还包括加拿大自然博物馆吴肖春博士、贵州地质调查院王立亭教授和浙江自然博物馆赵丽君研究员。

在将要结束采访时,李淳向《财经》记者展示了这些来自2.2亿年前的化石。它们安静地躺在桌子上,尽管只是一层不到两厘米厚的石板,却能震撼人心,让人感叹进化的完美和生命的伟大。■

原文链接:http://www.caijing.com.cn/2008-11-28/110032855.html

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