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锤子头+梳子嘴,难道三叠纪有海底吸尘器?

字号+作者:kers 来源:科技在线 2017-07-03 11:00 收藏成功收藏本文

  (作者:王维)一千个读者眼中就有一千个哈姆雷特,一千种生存环境中就有一千种生物形态。原本陆生的爬行动物,亦可重返海洋,塑造出适应水下生活的肢体;原本残暴的肉食性大爬虫,还能爱上海藻的美味,带着温和的脾气。

  Atopodentatus unicus,独特须齿龙(也称“奇异滤齿龙”),无论从模样还是进食方式,都活像一部吸尘器。“Atopodentatus”指的是“奇怪的牙齿”,“unicus”是“独特”的意思。命名者们重复用了两个相近的形容词,来突显和感叹这种三叠纪海洋爬行动物的与众不同。

  让我们从滇东高原的油菜花海开始,遇见独特须齿龙,看看它的发现经过之离奇,取食装备之离奇,与自然选择之离奇……

高原藏海怪

独特须齿龙发现于云南罗平。

  云南省罗平县,位于滇黔桂三省交界处,分布着典型的喀斯特峰林。年年初春,油菜花开,吸引着四方游客,慕景而来。鸟瞰早春的罗平,苍翠的小山包掩映在花海,伴着晨雾氤氲,宛如错落的岛屿——约2.45亿年前的中三叠世时期,此处恰恰是浅海一湾,如今那组成山体的石灰岩,层层叠叠,正是浅海沉积的产物。三叠纪时期的海陆格局,与今天的情况相差甚远。当时所有大陆连成一片,形成一个巨大的C形联合古陆(Pangea),环抱着特提斯洋(Tethys Ocean),而南中国便位于字母C的起笔之处。

  中生代这个词,总会让人脑海中浮现出一群巨大的恐龙踱步而过的情景。三叠纪是中生代的开端,然而最早的恐龙仅发现于三叠纪的晚期,并且恐龙的统治区域仅限于陆地。三叠纪中期,恐龙出现以前,在广袤的海洋里,早已是生机勃勃,独特须齿龙便是此时的一员。罗平的浅海中,热闹非凡:无脊椎动物隐藏在海底,比如鲎类,他们时至今日,外形也和数亿年前没太大差别;成群结队的龙鱼(Saurichthys)探着细长的吻部,来回穿梭,龙鱼数量众多,是这里的优势物种;弓背鱼(Kyphosichthys)和罗雄鱼(Luoxiongichthys)立着高耸的背部,悠然经过。动荡的浅海,也不乏掠食性的爬行动物,例如敏捷的混鱼龙(Mixosaurus),迟缓的中国龙龟(Sinosaurosphargis),以及若干种蜥蜴模样的肿肋龙类(Pachypleurosaurs)。

罗平动物群。绘制:Brian Choo

  无脊椎动物和鱼类,给这些海生爬行动物提供了丰富的食物来源,可是捕食者之间的竞争依然激烈。想要在生存竞争中免于被淘汰,就得具备一些独特的装备,所以不难想象,此时的海生爬行动物都各显神通,外表怪异。而我们的主角,独特须齿龙,长得实在是有些出乎意料,可谓是海怪中的海怪。 

兔唇变鸭嘴

  2014年初,第一件独特须齿龙的化石标本问世,这是一具极其完整的骨架,保存了从头到尾(甚至是到最后一节尾椎)的各个部分。这只怪物体长将近3米,首尾两端上扬,稍稍侧身,躺在青灰和浅棕晕染的石灰岩板上,与其他在罗平发现的海生爬行动物化石一样,黝黑的骨骼,与围岩形成鲜明的对比。四肢与躯干的关联不如陆生动物的那样紧密(同样的关节方式可以在现代的海鬣蜥身上观察到),再加上松散的腕部骨骼、略微变扁的指节骨,这些特征显示出它难以用四肢支撑身体,而更利于用来划水,由此可见,它至少应该是半水生的动物。适应水生生活的体形并没有什么特别,毕竟罗平生物群的诸多海生爬行动物,多多少少都是如此。

须齿龙(Atopodentatus unlcus)标本。图片来源:W.Gao,中科院古脊椎所

  最让研究者诧异的,是这只海怪奇特的头骨。它有一个高高的方脑袋,长度只有12厘米,还不到身体总长度的二十分之一,比例相当失常,看来这种动物要花大量的时间来进食,才能满足“硕大”身体的胃口。美中不足的是,这一件化石标本的头骨严重变型,通过眼眶和外鼻孔的位置,方可判断出它是被侧向压扁的,经过对石板正反两面的精心修理,才渐渐识别了它那张怪异的嘴。在上颌的前端,一块前颌骨保留在原位,而另一块则被水流冲散了,落在一旁。研究者们根据变形的头骨,推测这两块前颌骨没有拼合在一起,而是在之间形成了一条自上而下的缝隙,也就是说,在相当于我们“人中”的位置留下了一个纵裂,仿佛这只海怪长了一个“兔唇”。除了嘴形另类,它的牙齿也让人瞠目结舌:每颗牙齿呈钉状,密密麻麻的排列着,仅仅在右侧可以分辨出的上牙有170颗,下牙有190颗,左右对称,就意味着牙齿数量再翻一倍,加上没有保存下来的牙,这只中国海怪的嘴里,居然长了720多颗牙!独特的“兔唇”,奇特的牙齿,Atopodentatus unicus(独特须齿龙)这个名字果然名副其实。2014年此化石一经报道,立即吸引了大家的眼球,这种只在科幻小说里才出现的奇异形象,更是受到古生物迷们的追捧,于是各种复原图在网络上纷纷涌现。说来也蹊跷,这一件近乎完美的化石,只是头部有些变形和破碎,可偏偏就因为是这个不完美的头骨,为这段冤案埋下了伏笔。

长着“兔唇”的独特须齿龙旧形象。绘制:Julius Csotonyi

  不能责怪古生物学家不严谨,只能说化石保存信息太局限。2016年5月,我们发现了两件新的独特须齿龙头骨标本,通过技术人员长时间的精心修理,它们神秘的“面砂”终于被揭开了(修理之前掩盖在细细的砂石之中)。适应水中生活的体格,依旧;和身体不成比例的小脑袋,依旧;密密麻麻的数百颗牙,依旧。可是“兔唇”不见了,换成了两侧加宽,整体扁平的“鸭嘴”!这两件头骨几乎没有变形,其中一件正好保存了背面,另一件恰好是腹侧,它们仿佛是为这个冤案愤愤不平,一正一反,特意出现在我们面前,让大家看个明白。长“鸭嘴”的海怪在时隔两年之后,终于被还原了“真实的容颜”。

独特须齿龙(Atopodentatus unicus)化石及复原图。供图:李淳

梳齿有妙用

  无论是独特须齿龙的旧形象,还是新面孔,都满足了很多人的猎奇心理,但还远远没有满足研究者的求知欲,自从在第一件标本上观察到了数量惊人的牙齿,研究者们就在不断思索:独特须齿龙会有怎样特别的取食习性?

  值得注意的是,独特须齿龙的牙齿不仅数量众多,而且高度特化。从鱼龙类到蛇颈龙类,大多数海生爬行动物的牙齿都形如椎尖,与鳄鱼的牙齿类似,牢固而锋利,利于捕捉软体动物(例如菊石和乌贼)和鱼类。而独特须齿龙的牙齿显得十分细长,单枚齿高10毫米,可是宽却不足1毫米,这些纤细的钉状牙,显然不适合用于撕咬。一根根细齿紧挨着排列在上下颌,如果把头骨其他部分去除,简直就像是在三叠系的地层里埋着两把梳子。盯着这“梳状齿列”,研究者的脑海中立即闪现出了最可能的答案——独特须齿龙很可能是一种滤食性动物。

  口中的梳状结构,是滤食性动物们独一无二的标志。须鲸类(例如蓝鲸和座头鲸)是大家最熟悉的滤食性动物,它们的牙齿退化,取而代之的是角质鲸须。它们捕食的时候,只要大嘴一张,其下颌到腹部之间的皮褶就形成了一只巨大的口袋,吞进大量海水,再游到海面,收紧“口袋”,将海水通过鲸须向两侧排出,这样就把海水中的小型甲壳动物困在了口中,继而美餐一顿。火烈鸟也演化出了高明的过滤工具——鸟喙的边缘形成了梳状的纤毛,舌头的作用相当于控制水流出入的活塞。而且火烈鸟的喙还强烈的向下弯折,进食的时候,脖子向下探,头部上下颠倒,来回涮动,倒置的喙恰好形成了一把大勺,将水中的无脊椎动物和藻类一勺打尽。也难怪当第一件变形的独特须齿龙头骨被发现时,研究者会把它复原成一只“爬行动物版的火烈鸟”。还有梳颌翼龙类(Ctenochasmatoidea)的一些成员,也和独特须齿龙一样,用细长的牙齿作为过滤食物的屏障,其中最有代表性的是南方翼龙(Ptero daustro)。南方翼龙的牙齿数量更甚,据估计能达到了上千枚,并且吻部上扬,形成一道大大的弧形,这和反嘴鹬上翘的鸟喙异曲同工。

南方翼龙(Ptero[u3] daustro)。图片来源:维基百科

  三叠纪是个海怪横行的时代,海生爬行动物的兴旺发达,与地球形成以来规模最大的一次灭绝事件有关。这场灾难发生在二叠纪末期,伴随着陨石撞击和大规模火山爆发等一系列可能的原因,96%的海洋生物在相对较短的时间内,从地球上迅速消失了。遭此重创之后,海洋中空缺出了广阔的生存空间,为爬行动物开拓海域,并演化出各式各样的形态,奠定了基础。所以在接下来的三叠纪中,海生爬行动物的多样性高得空前绝后。可是,适合生物生存的海域毕竟有限,这些海域之中的食物资源毕竟有限,对于食量不小的爬行动物而言,想要在三叠纪的海洋中生存下去,并不是一件容易的事。鱼群和乌贼被幻龙类和鱼龙类抢夺着;楯齿龙口中,那核桃钳一般的扁平牙齿,专门对付贝类和甲壳类的硬壳;小型肿肋龙类大量繁殖,广泛分布,把小鱼小虾一扫而光:所以看似充足的海鲜大餐,已经被各个类群瓜分得所剩不多了。

幻龙(Nothosaurus)模型,可以看到典型海生爬行动物的牙齿。制作: Remie Bakker,拍摄:J.J.Wildschut

  吃荤不成,吃素总还是没那么难,根据牙齿结构,研究者们推测,独特须齿龙很可能是世界上第一种尝试素食的海生爬行动物。戴上潜水面罩,含稳呼吸管,在两亿多年前的罗平海湾里浮潜,运气好的话,你会遇到独特须齿龙缓缓游过,前肢用力抱握着长满海藻的礁石,用那钉耙一样的扁嘴刮下海藻,吸食到口中,再闭拢嘴把水排出,吞下过滤到的食物。有趣的是,在如今的加拉帕戈斯群岛上,海鬣蜥们照搬了古代远亲的食谱,也在南美洲的温暖海水里,尽情享受“藻餐”。

  如此看来,独特须齿龙的鸭子嘴和梳子齿,正是滤食海藻的得力工具。动物形态是灵活多变的,哪怕环境再艰难,它们都能在自然选择的“神通”下,摸索到活下来的出路,在竞争激烈的三叠纪海洋里尤为如此。所以云贵高原上的石灰岩岩层中蕴藏着无限的可能,海怪出没,见怪不怪。

锤子不孤单

  独特须齿龙,这只海底吸尘器一般的爬行动物,摇头摆尾,来回清理着海底的藻席。宽扁的大嘴和方正的头部,给它带来了一个昵称——“锤子头”。锤子头的造型在动物世界里确实另类,但是并不是仅此一例。

“锤子头”。绘制:陈瑜,中科院古脊椎所

  长着宽扁头型的动物中,人们最熟知的要数被称作“锤头鲨”的双髻鲨了。无论是中文名的“双髻”或是英文名的“hammerhead”,都形象的表现了这种生物的特征:头部变宽,夸张地向左右两侧延长,眼睛位于锤头的两端,鼻孔也有一定程度的横向拉长。在法国古生物学家塞巴斯蒂安·施泰尔(Sebastien Steyer) 的《恐龙之前的地球》(Earth Before The Dinosaurs)一书中,讲述了大量关于原始爬虫的故事,其中也提及一些古怪的锤头爬虫,比如二叠纪的笠头螈(Diplocaulus)和扩头蜥(Gerrothorax)这两种两栖动物,或者说它们的脑袋长得更像飞去来器,眼睛位于头顶中前部,而不是“飞去来器”两端。无论是双髻鲨,还是原始的扁头两栖类,它们会在水中生活,宽扁的头型能减小水流的阻力,更重要的是在头部有感觉器官(例如电感受器),锤子状的头型扩大了这些感受器的分布范围,使其能更敏锐的察觉周围的异动。

  上述三种动物的“锤子”都是由整个头部形成,和独特须齿龙的扁嘴不太相似,那是否还有其他脊椎动物的嘴变成这般模样呢?当然有,来见识下这种来自撒哈拉南部的大家伙,尼日尔龙(Nigersaurus)。

尼日尔龙头骨。图片来源:维基百科

  有几个方面与独特须齿龙极为神似:其一,尼日尔龙属于蜥脚类恐龙,身材巨大,所以头部也显得很迷你,这就意味着它也需要不断地进食来满足它的胃;其二,尼日尔龙的吻部也扁而扩宽,呈吸尘器状,这样的形状显然非常适合扫荡植物,只是它是陆地上的收割机,而独特须齿龙在海里吃东西;其三,尼日尔龙的牙齿也不少,上上下下数百颗,而且替换得十分勤快,弥补了大量吃草的磨耗。另外,其实独特须齿龙还有个亲缘关系不远的亲戚,很可能也采取了扁嘴滤食的策略,那是一种特殊的楯齿龙类——无齿龙(Henodus),发现于德国的三叠系地层,头骨和身体都异常扁平,还长着一个巨大的背甲,像一只压扁的大海龟。楯齿龙类因为长有粗大的豆状牙齿而得名,可是无齿龙却独树一帜。它只在口中后方残留着两颗不起眼的豆状齿,上颌的前端是一排细细密密的梳状齿,而侧面是没有牙的,只留下了两列长长的凹槽,那会是原来角质的须着生的地方吗?这一点也许永远不得考证,因为很遗憾,角质部分根本无法保留下化石。不过无齿龙和独特须齿龙在头骨形状上的相似,即反映了两者取食习性的雷同,也为独特须齿龙在演化树上的位置,或多或少的提供了参考。

  在独特须齿龙新标本发现后,“锤子头”这个昵称赫然跃上了各处相关报道的标题,也让我们借机见识了各式各样长着宽扁头型的史前生命。类似的环境塑造了接近的外表,同样的功能保留了一致的形态。大自然的策略反复发挥着同样的作用,但在具体的生物上却表现各异,变与不变的美妙,刻画在穿越时空的化石上,沉淀在层层叠叠的岩层里。

科学家的手工作品:独特须齿龙颌部模型。供图:Olivier Rieppel  
(编辑:婉珺)
 

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