乌龟化石需要什么条件才能形成,乌龟化石是怎么形成的过程

首页 > 宠物 > 作者:YD1662024-01-27 09:01:59

“穿件硬壳袍,缩头又缩脑,水面四脚划,岸上慢慢跑。”这个谜语大家都能猜到是乌龟。但是,你知道乌龟的壳是怎么来的吗?

伊索寓言中有一个故事:在天神宙斯和赫拉结婚的时候,赫耳墨斯邀请了所有的动物,大家都去了,唯独乌龟缺席。事后问它为什么不来,乌龟所给的理由十分无礼,说它不喜欢交际,更喜欢宅在家。赫耳墨斯一怒之下,发出恶毒的诅咒,让它缩头缩脑做一辈子的“房奴”。

当然,这只是一个寓言。正如动物王国的每一个奇迹一样,龟壳应该也是进化来的。不过很久以来,龟壳的进化一直是个谜,直到最近一些年,完整的故事才被拼接出来。令人惊讶的是,这个起源故事与古生物学家先前的猜测大不一样。

乌龟独特的身体结构

乌龟属于爬行动物纲下面的一个分支——龟鳖目。龟鳖目动物还包括海龟、鳖等。它们中有些生活在海里,有些生活在淡水中,有些,如沙漠陆龟让我们大感意外,竟然栖息在干燥的草原和沙漠中。在这篇文章里,为方便起见,我们统一用“乌龟”来称呼它们。

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无论是现存的还是已经灭绝的脊椎动物中,乌龟可谓与众不同,只有它们的身体是被独特的坚硬外壳包裹着的。虽然也有其他动物进化出了覆盖全身的盔甲,比如穿山甲,但是只有龟壳完全将脊椎骨和肋骨结合到了一起。

龟壳是由一排排紧密相连的骨板组成的。背部的甲壳与它们下方的扁平胸甲通过展宽的肋骨相连。龟壳就像盒子一样裹住乌龟的身体,只在头、颈、前后腿以及尾等部位开放,方便乌龟在危险时缩进壳里。这种结构在脊椎动物中是绝无仅有的。想象一下,假如你的肩膀陷进胸腔,你的手臂还能动弹么?但乌龟的四肢却能。

自19世纪初以来,动物学家一直在研究现代龟类的胚胎,来追踪龟壳的发育过程。他们证实,龟壳的不同部分是由骨骼的不同部分——主要是脊椎骨和肋骨——发展而来的。在乌龟胚胎背部,肋骨会变宽并向两侧伸展,而不是像大多数爬行动物那样向下弯曲来包裹躯干。

另一个令人困惑的是乌龟的头骨。几乎所有其他爬行动物(不论是壁虎还是霸王龙)的头骨背面,即在后脑勺的位置,都有两个口子,用来连接下巴肌肉。下巴肌肉的一伸一缩,控制下颚的一张一合。乌龟的头骨上却没这两个口子。

这些特征使乌龟成为一个奇怪的物种,似乎与其他爬行动物没有明显的联系。

寻找最古老的乌龟化石

龟壳的起源使古生物家陷入困境。这样一个完整的外壳必然经历了一系列的进化,但他们并不清楚每一个变化过程会给乌龟带来什么生存优势。

1887年,人们在德国发现了一块古老海龟的化石。这一古老的物种被命名为“原颚龟”。原颚龟大约生活在2.2亿年前,很久以来,它一直是我们所知的最原始的乌龟。在许多方面它与现在的乌龟不同,虽然它身上已经有了完整的龟壳,但我们从中无法找到龟壳起源的线索。

一个多世纪以来,古生物学家一直在猜测原始乌龟的样子。一些人认为,乌龟的甲壳应该是“由点到面”逐步形成的,主张应该去寻找背部和腹部有骨甲斑点的化石,因为那是龟壳形成的最初迹象。

但后来的剧情完全出人意料。2008年,中国科学家发现了一种年龄与原颚龟相仿的新乌龟化石。它有宽阔而笔直的肋骨,但是背部没有任何甲壳。最令人惊讶的是,它的腹部已经有一个完全成形的胸甲,就像现在的乌龟一样。它被命名为“半甲齿龟”。半甲齿龟显然比原颚龟更原始,它的样子显示,乌龟的壳是以先下后上,而不是“以点带面”的方式进化来的。

乌龟化石需要什么条件才能形成,乌龟化石是怎么形成的过程(2)

这一发现让古生物学家豁然开朗,他们此后就将搜索重点放在肋骨加宽的动物化石上。从那时起,新发现越来越多。2015年,古生物学家在德国有2.4亿年历史的湖泊沉积物中发现了一种更古老的乌龟化石。它被命名为“始祖龟”。始祖龟更像一只胖乎乎的小蜥蜴而不是乌龟。它的主干肋骨很宽,从脊椎骨向两侧延伸。与半甲齿龟不同,始祖龟没有胸甲,但在腹部肌肉中有一层肋骨状的骨骼。这些腹部的“肋骨”类似于现代乌龟胚胎中那些纤细的骨骼,这些纤细的骨骼最终会融合在一起,成为胸甲上的板状骨骼。

这时,古生物学家意识到,他们手头其实早就有最古老的乌龟化石了,只是之前把它归错了类而已。这种乌龟是1892年在南非2.6亿年前的岩石中发现的,之前被认为是一种古老的蜥蜴,现在被正名为“正南龟”。正南龟没有背壳,也没有胸甲,但有着异常宽阔和强烈弯曲的肋骨,这些肋骨还部分重叠,似乎为以后的合并做准备。

这些化石线索加起来,让我们对乌龟如何得到壳这一过程有了一个相当清楚的了解。

还原龟壳的进化史

正南龟的前肢比后肢大,前爪也更大。粗壮的臂骨让强壮的肌肉有了巨大的附着点,这些肌肉可以有力地把它的手臂拉回来。所有这些特征表明正南龟是一个能*挖掘者。

在大约2.98亿年前到2.52亿年前的二叠纪时期,蜥蜴类爬行动物,如正南龟,是在地上刨食或寻找藏身之所的。正南龟宽阔的肋骨可以稳定身体,在挖掘时为手臂提供帮助。做挖掘工,肋骨较宽会更有效率,这就赋予了它们一个生存优势。从那之后,也许是在挖掘时,为了保护它们的内脏免受挤压,乌龟祖先的腹部进化出胸甲。换句话说,龟壳进化的第一步,也就是肋骨的加宽,显然不是为了防范天敌,而是出于工作需要。

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至于背甲的出现,则相对较晚。乌龟以移动速度慢著称,容易受捕食者攻击,为了弥补这一缺陷,它们的肋骨后来沿着背部扩张,与胸甲相连,形成一个封闭的甲壳,最终完全裹住了身体。再后来,由于挖掘的动作与狗刨式游泳动作相似,当环境变化时,乌龟就自然地由钻地工变成了称职的游泳者。

这就是古生物学家还原的龟壳进化史。

然而,这一剧情中依然有一些盲点。特别是关于龟壳的上半部分是在乌龟游泳之前还是之后进化来的,仍然存在争议。我们不知道确切答案的部分原因是,在正南龟和半甲齿龟之间,存在着数千万年的间隔,而我们不知道其间发生了什么。毫无疑问,研究人员将会在未来几年挖掘出更多龟类祖先的化石。龟壳的进化史也像龟壳一样,将会逐步完整起来。

这些进化奇迹是如何发生的?

得益于化石和基因组分析两方面的新证据,我们已经逐步了解动物王国中一些奇迹是如何发生的。

鲸是如何失去双腿的?

鲸的祖先是陆生的鹿类动物,因偶然冒险下水觅食,它们开始学会在水里生活。

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大约5000万年前,鲸的祖先还是靠踢两条腿游泳(类似狗刨),后来逐渐进化出较短的腿,再后来又进化出带蹼的四肢,有力的尾巴和长长的鼻子。

起初,保留的腿还给了它们返回陆地休息或繁殖的可能。后来,它们开始学会以起伏的姿势游泳。这种游泳动作需要灵活摆动尾巴来掌舵,而后肢的存在有碍尾巴的摆动。于是,在生存竞争的压力下,后肢就逐渐退化消失了。

斑马是怎么长出条纹皮毛的?

对于斑马进化出条纹的原因,科学家们提出过很多解释,从伪装到热调节都有,但在过去的几年里,一种解释占了上风。

2019年,科学家对圈养的斑马和马进行了研究。研究显示,与马相比,落到斑马身上的马蝇更少。给马穿上黑白条纹布外套,把它装扮成斑马的样子之后,落在它上面的马蝇也奇迹般地减少了。

为什么斑马条纹会减少马蝇降落的次数?一种可能是,斑马条纹能眩花马蝇的眼睛,使它们晕头转向。在斑马生活的非洲,马蝇可以传播致命的寄生虫。斑马进化出这身“迷彩服”,可能正是为了避免受感染。

熊猫是怎么长出灵活的大拇指的?

人类的大拇指能弯曲到与其余四指相对,没这个特征,我们就无法握笔写字;能做到这一点的动物并不多。不过,看似笨拙的熊猫差不多也能做到。在它们前爪的五个脚趾旁边,有一根粗短而灵活的腕骨,它们拿它像拇指一样使用,我们称其为“假拇指”。大熊猫和小熊猫都有假拇指,它们为什么会进化出这个东西呢?

最近,科学家找到了与哺乳动物肢体发育有关的两个基因,当它们突变时,会多长出一根指头。看来,两种熊猫身上正是独立地发生了这种突变。在别的动物身上,这种突变是有害的,但对于熊猫,假拇指却是有用的,特别当它们剥吃竹笋——它们非常重要的营养来源——的时候,离开了假拇指,就无法剥掉笋壳。

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