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揭秘“龟类祖先”:我不是进化史上的“怪胎

一项最新研究打破了多年来龟类研究的僵局。

中国始喙龟生态复原图。陈瑜/绘图

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员李淳领衔的国际合作团队,在我国贵州发现了最早出现“喙”的原始龟类化石——中国始喙龟,这为人们了解龟类演化弥补了“缺失的一环”。

该成果已于前不久在《自然》杂志上发表。该杂志特邀审稿人评论称:这是一个特别重要的发现。这种三叠纪的原始龟类填补了龟类演化中的重要空白,说明这种动物的早期历史比人们此前了解的要复杂得多。

龟是人们熟悉的动物,但其演化历史却是古生物学中最大的谜题之一:与其他四足动物截然不同,其躯干被甲壳所包裹;没有牙齿,但却有像鸟类一样的角质喙——这家伙俨然一个进化史上的“怪胎”,究竟是如何演化而来的?

换言之,龟类这些特别的骨骼结构究竟是一蹴而就还是逐步形成的,具体过程又是怎样?更为奇怪的是,在过去两亿多年里,龟类的身体模式基本没有发生变化。这些都成了一个“谜”。

尽管科学界对此愈发好奇,但长期以来,早期原始龟类的化石稀少,尤其是关于甲壳形成和牙齿消失的化石证据特别缺乏。发育生物学家、分子生物学家和古生物学家纷纷致力于龟类起源和早期演化的研究,但是成果有限。

直到2008年,李淳带领的科研团队在贵州省关岭地区发现了半甲齿龟的化石。

那是一只长着牙齿、只有腹甲的龟。这不仅是当时世界上最古老的龟类化石,也是唯一体现了龟甲形成过程中某种过渡状态的标本。研究人员第一次基于化石证据,论证了龟类的祖先拥有牙齿,并且腹甲先于背甲形成。在此基础上,国际学术界对早期龟类有了全新认识。

2015年,德国2.4亿年前罗氏祖龟的发现,确定了更早期的龟类头骨上有颞孔,并且证实龟类与蜥蜴、鳄鱼及恐龙等属于同一爬行动物支系。但遗憾的是,罗氏祖龟标本极为残破,很多关键特征无法被观察到,留下了龟类早期演化,特别是与半甲齿龟之间的重要空白。

在罗氏祖龟成果发表的同时,李淳在筹建中的三亚海洋古生物博物馆藏品里注意到一件疑似原始龟类的化石。他随即带着课题组成员,花了一年多时间进行化石修复和野外调查,最终确认这是来自关岭、产于半甲齿龟化石层位之下7.5米处的一种更加古老的龟类。

随后,来自中科院古脊椎所、苏格兰国家博物馆、美国菲尔德自然历史博物馆、加拿大自然博物馆的学者组成研究团队,分析了来自世界不同地区的全部重要原始龟类化石材料,并确定了这个新标本在龟类历史长河中的位置。

这种名为中国始喙龟的大型史前龟长相十分奇特,集多种原始特征、进步特征和过渡特征于一身。它体长超过两米,肋骨加宽,背、腹甲均未形成。同时,虽然比满嘴长牙的半甲齿龟更加原始,却既发育出了角质喙,同时也保留了牙齿,呈现出“牙齿退化,角质喙产生”的过渡状态。

“中国始喙龟介于罗氏祖龟和半甲齿龟之间,在龟类早期演化中承上启下,为龟类系统发育补上了‘缺失的一环’。”李淳说。

在他看来,在古生物学中,基于化石所观察到的生物演化过程大致可分为“渐变”与“突变”两种情形。前者即缓慢而微小的变化经过长时间积累导致物种分化,是达尔文理论的主要观点;后者是短期内物种发生大的、快速的分异。一直以来,龟类演化的化石记录被认为是“突变”演化的重要证据。

李淳告诉记者,此次发现证明了龟类演化同样存在过渡环节。那些短时间内巨大的、不可思议的激进变化,通过新化石的不断发现,正逐步被一系列正常而连续的微小变化所取代,“龟类的祖先也并非‘怪物’”。

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