有鳞类动物的起源终于有答案了?
发布时间:2018-06-12
出品:科普中国
制作:加拿大阿尔伯塔大学 马宇博
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  近日,科学家们在国际期刊《Nature》上发表的一篇关于史前爬行动物 Megachirella wachtleri 化石的古生物论文使争议多年的问题,即有鳞类动物起源,有了答案:这块化石发现于意大利阿尔卑斯山脉,其代表着爬行动物中一个新发现的已灭绝的物种。但是这块化石远不止这么简单。它的出土颠覆了我们之前对于有鳞类动物的起源与进化的认知,并为科学家们研究有鳞类进化的过程提供了重要的线索。

  有鳞目:爬行动物中涵盖物种最多的类群

  有鳞类动物是地球生物圈中不可或缺的一部分。在地球生物进化的过程中,其作为爬行动物中最具物种多样性的类群之一,有着悠久的历史和众多令人不可思议的成员。并且,在地球的生态系统中,它们在不同的生存环境中扮演着重要的角色。

  当今世界上,有鳞类动物的分布范围非常的广。据统计,它们的足迹遍布在当今除南极洲外的每个大洲上3。它们有的生活在干旱的大漠,有的生活在温暖潮湿的雨林,有的生活在浩瀚的海洋中。不只如此,根据化石记录,它们在在遥远的中生代晚期更是遍布在每一块大陆上和每一片大洋中。

  现存的有鳞类动物包括我们熟悉的蛇与蜥蜴,同时还包括一种奇特的生物类群——蚓蜥。蚓蜥类是有鳞目下的一个亚目,这类动物外表似蛇类,没有四肢,但却与蛇类以及蜥蜴类在形态特征上有着本质的区别。它们通过挖洞生活在地下,视觉与听觉已高度退化。另一方面,在遥远的古代,有鳞类则包含着更多的物种。在白垩纪末期随恐龙一起灭绝的沧龙便是地球上已知的曾存在过的最大的有鳞类动物。

  有鳞类动物,是猎物还是猎手?

  我们所熟知的蜥蜴类与蛇类中,很多都是以昆虫类、两栖类、爬行类和哺乳类动物为食的肉食性动物,它们都是天生的杀手。其中如科莫多巨蜥,眼镜王蛇等掠食者更是占据着食物链的顶端。并且,有鳞目的动物还具有现今其它爬行类动物所不具备的独门武器——生物毒素。

  据悉,在现生的所有爬行动物中,只有有鳞目的成员具有毒腺,并且它们所具备的生物毒素的毒性极强。据估计,世界最毒陆栖毒蛇——内陆太攀蛇的毒素对一个70kg的成年人的致死剂量约为1.75mg(LD50=0.025mg/kg),2而这种蛇平均一次的毒素注入量约为44mg,最大为110mg。

科莫多巨蜥(Varanus komodoensis)(图片来源:https://en.wikipedia.org/wiki/Komodo_dragon#/media/File:Komodo_dragon_with_tongue.jpg

  不过要谈到有鳞类动物中顶级的猎手,那就一定少不了一个古代的庞然大物——沧龙。沧龙虽然已经在白垩纪末期灭绝。但它绝对是有鳞类动物演化史上中最成功的物种之一。它们生活在晚白垩纪(约7000万至6500万年前)的各个大洋中。据研究,沧龙位于当时食物链的顶端,以其它一切海洋生物为食,甚至会猎杀体型比自己小的其它沧龙。而另一方面,沧龙偶尔也会捕食靠近水边的陆栖恐龙。目前已知的最大沧龙体长约为21m,是当时世界海洋中当之无愧的霸主。

沧龙。(图片来源:https://en.wikipedia.org/wiki/Mosasaurus#/media/File:Mosasaurus_beaugei1DB.jpg

  虽然有鳞类动物中有很多致命的猎手,但是有些有鳞类动物则是人畜无害的的素食主义者。例如北美的绿鬣蜥便是典型的食植性蜥蜴。其成年个体体长可达到近两米,体重近10公斤,然而这硕大的体格却仅靠吃植物来维持。

北美绿鬣蜥(Iguana iguana)(图片来源:https://en.wikipedia.org/wiki/Iguana#/media/File:Iguana_iguana_eating_Mangifera_indica_from_Venezuela.jpg

  扑朔迷离的起源终于有了答案

  虽然有鳞类动物的种类繁多,但是它们身上依旧有许多未知的谜团没有解开。其中,一直困扰科学家们很久的一个问题就是它们到底从哪里来?又是如何进化发展到如今如此繁多的物种的?而了解它们的起源则对于学习它们的进化与物种多样性有着极为重要的意义。

  在科学界,关于这些问题的争议从未停止过。这些争议主要是由于通过分子钟所预测的有鳞类动物起源年代比被发现的最古老的有鳞类动物化石要早近7000万年。另一方面,当用不同数据建立系统发育树(用于反应物种间进化关系的树状结构图)时,其所反映出的有鳞类动物进化过程将截然不同。当采用基因分子数据时,壁虎类被认为是最先演化出的有鳞类动物。而当采用形态特征数据时,鬣蜥类则被认为是最先演化出的有鳞类1。

金粉日守宫(Phelsuma laticauda)(图片来源:https://en.wikipedia.org/wiki/Gecko#/media/File:Phelsuma_l._laticauda.jpg

  关于此次发现,科学家们通过高分辨率微聚焦X光分层扫描(高分辨率CT扫描)发现,Megachirella wachtleri 不仅具有侧生齿等典型的鳞龙类动物(鳞龙形下纲)的特征,还具有例如第一掌腕骨的愈合(合并为一块骨骼)等典型的现代有鳞类动物(有鳞目)的特征1。这些特征使科学家们相信Megachirella wachtleri是一种大约生活在距今2亿4千3百万年前的中三叠纪时的有鳞类动物,比之前发现的最早的有鳞类化石(1亿6千8百万年前,中侏罗纪)还早了7500万年,是目前已知的最古老的有鳞类动物。并且,Megachirella wachtleri化石的发现使原先的预测起源年代与实际起源年代之间的7000万年得以弥补1。

  另一方面,在研究中,科学家们对包括Megachirella wachtleri在内的现生和灭绝的双孔类爬行动物(包含有鳞类动物和其它双孔亚纲成员)进行了大范围取样,并将采集到的形态与基因分子数据一起做了综合分析。综合分析的结果与之前用分子数据分析所得到的的结果相同,结果显示壁虎类是最先进化出的有鳞类动物。而这次大范围取样分析更是造就了首次形态数据与分子数据上的一致性1。

  Megachirella wachtleri的发现和这次的研究结果对于有鳞动物的进化史有着重要的意义。可以说,其成功的填补了有鳞类动物进化史上的空白,并第一次解决了形态数据与分子数据之间的争议,是古生物界里程碑式的发现。

  参考文献

  1. Simões, T. R., et al. (2018). "The origin of squamates revealed by a Middle Triassic lizard from the Italian Alps." Nature 557(7707): 706-709.

  2. The Australian venom research unit (August 25, 2007). "Which snakes are the most venomous?" (Archived). University of Melbourne. Retrieved June 8, 2018.

  3.Vitt, L. J., Caldwell, J. P., &Zug, G. R. (2014). Herpetology: An introductory biology of amphibians and reptiles. Amsterdam: Elsevier/ Academic Press.

  (本文中标明来源的图片均已获得授权)

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