龜類,它們是解憂避難、消災降幅的吉祥、長壽神靈之物,古人對其一直頂底膜拜。
龜的祖先最早出現在2.1億年前的晚三疊世,從那時起,它們就在地球上生息繁衍,且家庭興旺,種族多樣。此前所知最古老的龜化石是原顎龜,它體長達兩米以上,外形類似現在的鱷龜,頭部與四肢都無法縮人殼內,所以全身佈滿棘刺作為保護。口中無齒,但有一對很大的耳洞,主要活動於河湖與沼澤區域,但應是以陸棲為主。
原顎龜類原產德國,也分佈於泰國北部,中國尚未有確切發現。原顎龜類還有一個叫南方龜類的姊妹群,它們多發現於早侏羅世的南美洲,早期代表是晚三疊世的古凱爾西司龜。到中生代晚期,原鱷龜類發展了兩個類群 一種是頭可以直接縮人殼中的曲頸龜類(又稱隱頸龜類),另一類則是不能縮頭、只能將頸部側彎貼於體側的側頸龜類,它們一直延續到現代,與現生的種類無多大差別。鱉類動物是由早期的原始龜類演進而來,其最早的化石記錄是 1億年前的白堊紀,以古鱉為代表。海龜類始出現於侏羅紀與白堊紀之交,並延續至今。陸龜類最早記錄在始新世,從那時起便一直很繁盛。我國最早報道的陸龜類是產白河南淅川距今 4000 萬年的中國厚龜。但到距今100萬年,陸龜類驟然衰落,僅有少數種類延續至今。
2008 年年底,李淳、吳肖春和美國芝加哥菲爾德自然史博物館的吉生物學家李普等學者研究了一件中國關嶺發現的已知最古老的龜化石——估計化石的年齡為2.2億年,比原顎龜早了一千多萬年。化石被命名為半甲齒龜,名稱來自其細密的牙齒以及維形狀態的甲殼結構。
半甲齒龜無論從牙齒、龜甲、脊椎、肩帶和上恥骨哪方面來看,都被認為是最原始的龜類。與原顎龜對比,它們都擁有蝶狀的上恥骨,這是其他已知的龜類所沒有的特徵。不過,它們也有著極為明顯的區別。原顎龜和現在的龜幾乎一模一樣,它不但沒有牙齒,而且擁有完整的龜甲,並不屬於過渡性物種。相比之下,半甲齒龜的上下頜都有不止 10顆牙齒,就和人的牙齒一樣,而龜甲並不完整。
根據達爾文的進化論,物種進化是一個漸變的過程,一個物種的形成過程中會出現過渡性的階段。這也是為什麼兼具爬行動物和鳥類特徵的始祖鳥,對達爾文進化論支持者來說意義非凡的原因。在龜的進化過程中,一直缺少像始祖鳥這樣的過渡物種,關嶺出士的龜類化石彌補了龜類進化中的這一缺失環節。
為什麼從半甲齒龜到原鄂龜,只用了地質史上並不算長的一千多萬年,牙齒就完全消失變成喙,背甲也得到完路的進化呢?而從原顎龜到現在的龜,用了兩億多年,卻沒有明顯的變化呢?這可以透過 “間斷平衡理論” 來解釋。
所謂間斷,是指在生物演化過程中,物種形成速度很快;而物種一旦形成,就會長期處於穩定狀態,在特徵上沒有什麼變化。
當然,這與進化論並不矛盾,因為在所謂的間斷中,物種也是一步一步變化的,存在中間環節。從半甲齒龜到原顎龜,中間肯定也會有過渡龜類,只是這些龜類有可能沒有儲存為化石,也有可能形成了化石,但還沒有被找到。
話說自從恐龍時代以來,龜的樣子就和現在差不多,它們的外殼也沒什麼變化,但科學家們一直缺乏決定性的證據支援龜的進化理論。如今,這個最古老的鳥龜為打破其中 “龜甲形成之謎”提供了充足的彈藥。
我們知道,龜殼分為兩個部分,個是位於背部的背甲,一個是位於腹部的腹甲。如果不考慮位於邊緣的小甲片一般情況下,龜的背甲是13塊:中間5塊,兩邊各4塊,俗稱“龜13點”。我們通常看到的這 13塊背甲只是龜甲的盾片,厚度還不及人的指甲。在這些盾片的內部,有著真正的骨骼結構,中間是椎板,兩邊是助板。如果解剖一隻現代的龜,我們會發現,其肋骨是插在肋板裡並與之癒合的。
一些當代的爬行類,例如鱷魚,擁有帶骨板的面板,這也見於恐龍等古代動物。一些古生物學家提出理論說,龜殼始於骨質面板板,這被稱為皮內成骨,它們最終融合形成了一個硬殼。不過,這種理論存在一些難以解釋的地方,比如胚胎研究表明龜的脊骨向外擴充套件,而肋骨變寬從而與前者相遇形成了一個殼。另一些古生物學家曾經推測,原始龜甲的形成過程如下:首先,在龜類祖先的面板內部,已經有很多小骨板,這些小骨板不斷融合,形成一個大的骨板。大的骨板再下沉到內骨骼上部,與脊椎或者肋骨癒合而形成龜甲。但是,人們直沒能找到確鑿的化石證據來支援此種觀點。
半甲齒龜並沒有皮內成骨,而且它擁有延伸自脊骨的部分外殼,也就是背甲。它還顯示出了變寬的肋骨。儘管半甲齒龜只有部分外殼保護它的背部,但卻擁有一個完全成形的腹甲——對它的腹部起著完全的保護作用,這和今天的龜一樣。也就是說,在這個龜的祖先身上,古生物學家並沒有看到此前理論假定存在於面板中的小骨板。背甲僅僅是從脊椎上部開始骨化—— 形成椎板,而其加寬的肋骨則說明,龜的肋板很可能就是透過肋骨加寬而形成今天的模樣。半甲齒龜的部分外殼以及諸多論據都支援這樣一個理論,即隨著爬行類的脊骨和肋骨的延伸,龜殼便進化了出來。
那麼,半甲齒龜為什麼要長成這般模樣?學者們將半甲齒龜的資料進行分析後發現,半甲齒龜所處的位置和現在的鱉所處的位置幾乎重合。他們由此推論,半甲齒龜對水生生活的適應程度和甲魚相似。而生活在海水或淡水中的龜類,腹部受到攻擊的可能性要比背部受到攻擊的可能性大,尤其是海洋中很多獵食動物對獵物發起攻擊都喜歡攻擊 “下三路”。這一點在魚類身上也表現得很明顯,大部分魚類腹部都是白色的,即所謂“魚肚白”,如此一來,它們便可以與上方的“天色”融為一體,成為 “保護色”。但半甲齒龜解決問題的方法與魚類略有不同,它並不嘗試騙過那些危險的攻擊者——畢竟它們不是那麼好騙的。它們轉向積極防禦,因此,它們發展出了腹甲,為腹部的空當提供了保護。當龜類逐漸經歷水生到陸生的過程後,來自“上三路”的威脅越來越多,便又發展出了背甲。
此前,大部分古生物學家都認為,龜類是在陸地上起源的。只有李普等少數學者推測,龜類起源於水環境。而此次發現的半甲齒龜是非常重要的原始龜類,為龜類起源於水環境的假說提供了證據。不過,支援龜類陸地起源說的一些古生物學家仍然堅守他們的觀點。他們在評論中認為,在半甲齒龜之前,可能有•一種更原始的陸生烏龜。這種烏龜進人水中後,才引起了背甲的退化。可見,科學便是在有趣爭論中進步的。