[中配]神秘的甲殼形成：烏龜如何獲得殼

1887年,德國的一位科學家宣佈發現了一種對科學而言全新的化石動物 那東西顯然是一隻烏龜 我的意思是它有一個殼,底部有一個平坦的輔甲,與頂部的背甲融合在一起 因此它具備了成爲正式烏龜的所有條件 但這不僅是一個全新的龜屬和物種 它也是當時發現的最古老的烏龜 而這一發現最終引發了關於烏龜的辯論 這場辯論持續了超過一個世紀 烏龜來自哪裏? 是哪一隻戲產生了這些嘴部有穢的奇特爬行動物以及可收縮的脖子? 那麼烏龜是如何獲得它的殼的呢? 嗯,我不想破壞你的期待 但這些答案最終會讓科學家重新思考爬行動物進化的整個歷史 引發一切的德國烏龜叫做Progonacallus 一位早期的殼,它生活在大約兩億一千萬年前的晚三迭紀 它長度約爲一米,算是相當大 約是今天存活的最大物種的一半 但與現代烏龜不同 Progonacallus還沒有發展出把頭縮回殼內的能力 它的殼被發現完好無損,這一點非常有幫助 因爲這使得我們很容易將這個動物識別爲真正的烏龜 但與此同時,這也留下了很多關於殼如何進化的未解之謎 以及爲什麼它在某些方面與現代烏龜相似 而在其他方面卻不同 因此,這一生物的發現 引發了關於烏龜屬於哪一主要分類群或螃蟹的爬行動物的辯論 現在大多數爬行動物屬於被稱爲Eureptilia的類群 也就是我們所說的真正爬行動物 這包括了像蜥蜴、蛇、恐龍和鳥類這樣的生物 不過還有巴氏爬行動物、基策爬行動物 這些都是一些最早的爬行動物,現已全部滅絕 例如多次連夾的源頭龍科和可能是第一批水生爬行動物的鐘龍 現在基本上你將烏龜歸入哪個類群 取決於你認爲它的殼來自哪裏 從19世紀末開始 大多數古生物學家認爲烏龜屬於我們現在稱之爲側爬行動物的分類群 因爲它們與其他側爬行動物有相同的基本頭骨結構 到1940年代末,這一理論變得更加具體 提出烏龜與一種名爲尾爬行動物的特定滅絕群體 古代爬行龍有關 這些有時被稱爲最醜的爬行動物 但我們在這裏不做評判 例如布雷迪龍大約生活在2.6億年前的二迭紀 它的身體覆蓋着一層硬化的鱗甲 同樣,後來的一種叫做Antedon的周龍 它的骨板更加發達 形成了類似於烏龜殼的盔甲層 所以很容易理解爲什麼許多古生物學家認爲周邊龍與烏龜密切相關 甚至可能是它們的直接祖先 這個想法是隨着時間的推移 早已滅絕的側爬行動物中的鱗片 可能會結合成一個堅固的保護層 最終與肋骨結合,形成一個殼 但你知道科學家們是怎樣的 沒有人比他們更喜歡一場嚴謹的持續幾個世紀的辯論 這時,發展生物學家登場了 他們研究生物如何在其一生中成長 從1920年代末開始 這些生物學家中的一些研究了現代烏龜的胚胎生長 他們發現隨着烏龜的發展 基本上起着下肋骨作用的骨頭會逐漸擴寬並融合 形成鑲嵌骨 然後,上面的一組骨頭及正常的肋骨也一樣 逐漸變寬並融合,形成龜殼 因此,這些科學家提出烏龜的進化路徑 類似首先是肋骨擴展形成,然後纔是殼的出現 到1990年代,這個想法真正流行開來了 請記住,這與古生物學家提出的觀點基本相反 他們認爲頂部的殼是由融合在一起的鱗片演化而來的 然後與下面的肋骨結合 如果發育生物學家是對的 烏龜就不是龐帕星動物,而是與真正的帕星動物更爲相似 因此,雙方都有一些證據來支持自己的觀點 但如果沒有更多更古老的化石,就很難解決這場辯論 然後,在2008年研究人員在中國發現了一個 它的形狀很像烏龜,但只有殼的底部,即肋骨部分,沒有背甲 那是一隻沒有殼的烏龜 他們稱之爲Oedontocallus,約有2億2萬年的歷史 比德國的Proganocallus早大約1000萬年 它有一個沒有外殼的骨盤 這對發展生物學家的假說 骨盤首先進化是相當有利的證據,但還有更多的證據 與所有其他已知烏龜不同,Oedontocallus有牙齒 它的名字實際上是指有牙齒的烏龜 而且那些牙齒與Periosaurs的牙齒完全不同 帕里亞龍的牙齒上有很多小凸起 像人類的磨牙 但這隻烏龜的牙齒更像豬的牙齒 所以看起來這隻古老的烏龜並不屬於負爬行動物群 它是一種羊爬行動物 最終這一觀點得到了近幾十年來幾項其他遺傳研究的支持 這些研究將烏龜的基因組與其他爬行動物進行比較 並將烏龜歸類於一個羊爬行動物的亞族 但在這一切發生的同時,更多的物種被納入了烏龜的家族數 2010年,Odontocheles的發現 使研究人員重新審視了另一種古老物種 Odontosaurus 它大約生活在2億6千萬年前的非洲 遠早於Prognokeles和此前發現的Odontocheles 這種物種的第一個化石最早是在1892年被發現 但當時大多數專家並不認爲它是烏龜的祖先 因爲它沒有殼 但它確實有寬而扁平的肋骨 現代古生物學家注意到 它與Odontoceles有着不小的相似之處 最終在2015年,研究人員在德國又發現了一種早期烏龜 他們稱之爲Paposalus,或稱祖父烏龜 它生活在2億4千萬年前擁有寬大的肋骨 下面有一組部分融合的骨骼 但還沒有融合到形成假殼的程度 所以老爺爺烏龜似乎標誌着一種過渡階段 介於擁有寬肋骨的Odontosaurus 和具有完整外殼的Odontocheles之間 這些發現共同幫助完善了烏龜進化的時間線 可以明確看出烏龜殼形成的第一步是寬肋骨的出現 但仍然存在一個問題,那就是爲什麼? 烏龜爲什麼會首先長出這麼寬的肋骨呢? 它們有什麼用處?爲什麼最終會演變成殼? 那麼在2016年,古生物學家再次仔細研究了烏諾龍 現在被認爲是最古老的烏龜祖先 他們注意到了一些有趣的事情 我們大多數人認爲烏龜適應了水中的生活 但Odontosaurus似乎有很多適應於在土壤中鑽掘的特徵 它的頭部基本上呈鏟子形狀,前腿比後腿更強壯 還有巨大的爪子,非常適合挖掘 因此證據表明它的生活方式是掘洞 這可以幫助解釋它爲什麼會有那麼寬的肋骨 以及烏龜殼的來源 研究人員提出較寬的肋骨在Odontosaurus用前腿挖掘時 會作爲錨點非常有用 更寬的肋骨提供了更穩定的軀幹 這會使烏龜在挖掘時更容易保持身體不動 其他挖掘動物,比如食蟻獸也有類似的適應性 問題是寬大的肋骨配上這麼短的腿 這讓走路變得非常困難,或者至少走得很慢 事實上烏龜之所以著名的慢 是因爲它們巨大的肋骨使得它們很難將小腿向前擺動 因此祖先的烏龜需要額外寬的肋骨以便挖掘 但這也讓它們行動變得緩慢 現在它們需要更多的保護 就在那時,肋骨開始融合成石膏 最終形成完整的保護殼 隨着時間的推移 烏龜殼的進化目的從挖掘轉變爲保護 最終我們所熟知的烏龜應運而生 當然,這些問題都還沒有完全解決 理論上寬肋骨進化爲挖掘是有道理的 但目前這僅僅是基於我們在一種物種中觀察到的情況 我們仍然需要更多的證據 烏龜在羊模Raptile裏的確切位置也尚未確定 很多研究者認爲 它們與包括鱷魚和鳥類在內的分支關係更爲密切 但其他人認爲 它們與包括蜥蜴和蛇在內的另一個群體更爲接近 希望這個爭論的答案不會再等130年 但無論如何 我們現在知道在生命之術上 烏龜的知悉並不是烏龜一條到底 它堆滿了各種各樣的爬行動物角色 其中一些沒有殼 另一些則有部分殼 還有一些則擁有我們今天熟知的 完整而美麗的殼和著名的緩慢步態 感謝你的加入 和往常一樣 我想知道你想學習什麼 所以請在下面的評論中留個言 確保去youtube.com slash eons訂閱 如果你對事物的起源感興趣 那你一定要去看看萬物的起源 這是一檔探討我們日常生活社會來源的節目 比如我們爲什麼在學校裏會得到字母成績 以及爲什麼心臟是愛情的象徵 把它看作是理解現在社會的時間長河 你無需經歷數百萬年的歷史就能找到答案