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納米比亞發現大型蠑螈化石,四足動物演化歷史將被改寫?

2024年08月28日08:43 | 來源:人民網-科普中國
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庫內內省(Kunene)位于納米比亞的西北部,毗鄰大西洋,是一片由山地、荒原與稀疏灌木所覆蓋的偏遠地域。這里干旱而炎熱,年降水量往往不足100毫米。

身處于這片赭紅色的荒漠之中,人們往往難以想象,在2.8億年前的二疊紀早期,那個大西洋與非洲都尚未形成的時代,庫內內曾是一片遍布河流、湖泊與沼澤的世界——那時的納米比亞還在地球的更南方,在泛大陸即將徹底拼合的前夕,作為南方岡瓦納大陸的一角,橫亙于南緯55°左右的高緯度區域。

在這里,來自阿根廷布宜諾斯艾利斯大學的克勞迪婭·馬斯卡諾、芝加哥菲爾德博物館的杰森·帕爾多及其同事意外地發現了一類從未報道過的巨型史前蠑螈——他們將其命名為珍妮蓋伊阿斯螈(暫譯名,雙名法:Gaiasia jennyae)。根據估算,蓋伊阿斯螈的體長大約有2-4米,是那個時代淡水系統的頂級掠食者。

蓋伊阿斯螈的屬名Gaiasia來自化石產出地層Gai-As組,而種加詞則是為了紀念已逝世的著名古生物學家珍妮·克拉克(Jenny Clack)。作為早期四足動物演化研究的先驅與杰出人物,珍妮·克拉克最早注意到最早踏上陸地的四足動物們往往擁有奇特的“多指”現象:生活在石炭紀的魚石螈擁有七根指頭,而棘螈則擁有八根指頭。

普遍的多指現象暗示現代陸生脊椎動物的“五指”結構并非四足動物的共有祖征,換句話說,魚石螈與棘螈并非我們的直系祖先;人類以及其他的現代陸生脊椎動物都是由某一類擁有五根指頭的早期四足動物演化產生的。

雖然蓋伊阿斯螈并不像魚石螈一樣古老,但它原始的頭骨結構與椎骨特征表明其也隸屬于一個歷史悠久的群體:通過系統發育比較分析,古生物學家認為,蓋伊阿斯螈應當是圓螈科(Colosteidae)的姊妹類群,二者共同構成現代冠群四足動物的外群。

值得注意的是,圓螈科的物種主要生活在石炭紀,與蓋伊阿斯螈所處的時代相距至少相距2700萬年。在之前的研究中,科學家曾一度認為,包括圓螈科在內的早期四足動物在石炭紀晚期就已經被新興的早期羊膜類動物及滑體兩棲類動物所取代了。

然而蓋伊阿斯螈化石的發現徹底改變了我們對這一過程的認識——在岡瓦納大陸的南方,還有一支巨大的原始四足動物稱霸著當時的生態系統。

許多證據都表明蓋伊阿斯螈是一種強而有力的掠食者,它擁有巨大的頭骨,其長度可達60cm,能與現代的大型鱷魚相提并論。方形的吻部表明其主要以吸食的方式吞食獵物,但分布在上下顎上的巨大尖牙表明它們也具有撕咬大型獵物的能力。保留下來的粗壯椎體表明其擁有相當壯碩的軀干。強健的體魄表明蓋伊阿斯螈位于當時生態鏈的頂端。它們或許會像鱷魚一樣棲息在灘涂與沼澤之間,伏擊缺乏警惕的獵物。

不過,由于缺乏附肢骨骼,古生物學家也懷疑其四肢可能發生了退化或者完全丟失,就如同它的親緣物種厚蛙螈(Crassigyrinus)或隱肢目(Aistopoda)一樣。

蓋伊阿斯螈的獨特之處不僅僅在于它與古老類群的親緣關系,更讓科學家著迷的是它的棲息地位置——這種大型蠑螈生活在高緯度地區,需要面對大多數生物無法適應的嚴寒氣候。

按照今天的氣候帶劃分,南緯55°已經屬于亞寒帶,不適合兩棲動物生存。作為變溫動物,兩棲類往往需要吸收足夠的太陽輻射才能維持生理活性,因此,在這樣寒冷的環境中,蓋伊阿斯螈這樣的大型蠑螈難以生存。

那么,蓋伊阿斯螈生活的時代是否比現在更暖和呢?答案令人震驚:二疊紀早期的地球不僅沒有比現代更溫暖,反而可能更寒冷。從3.6億年前的晚泥盆世開始,地球進入了顯生宙最嚴重的一次冰期,這場持續了1億年,直至二疊紀晚期才結束的漫長冰期被稱為晚古生代大冰期(Late Paleozoic Ice Age,LPIA)。

在納米比亞附近的南非卡魯(Karoo)盆地,發現了保存完好的冰磧巖和冰川擦痕,表明在此期間,強烈的冰川活動在南方岡瓦納大陸形成了大面積的冰蓋。

正因為如此,早期四足動物的化石記錄基本局限在相對溫暖的赤道地區,即現代的歐洲和北美地區,科學家懷疑,直到二疊紀晚期氣候逐漸變暖之后,四足動物才有機會擴散到全球的其他地方。

然而,在蓋伊阿斯螈被發現后,這一固有認知也面臨著挑戰:蓋伊阿斯螈原始的特征表明其與生活在赤道附近的早期四足動物具有更強的相關性,這排除了蓋伊阿斯螈是本地起源或者是其他二疊紀新興四足動物演化而來的可能性。

這就表明,蓋伊阿斯螈不得不面對不弱于當今的高緯度氣候,或者,在漫長的億年冰期之中存在著一系列斷斷續續的短暫暖期,能夠使得蓋伊阿斯螈以及它們的祖先得以生存。

但無論如何,這個高緯度的化石點顯然表明了早期四足動物的分布與輻射遠比我們以為的要廣泛。早期化石的局限有可能是一種偏差采樣導致的假象——畢竟岡瓦納所對應的非洲、南美洲以及南極洲還有大量未被仔細勘察過的地層,那里極有可能還埋藏著我們聞所未聞的寶藏。

雖然蓋伊阿斯螈可能生活在相對較暖的間冰期,但它也展現出對低溫環境的適應特征。1847年,德國學者卡爾·伯格曼(Carl C.Bergmann)發現,相較于赤道地區的生物,兩極地區的生物往往體型更大,這一現象后來被稱為伯格曼法則。

根據這一規律,較大的生物體積擁有較小的表面積-體積比,從而減少熱量消耗,更好地保持體溫。蓋伊阿斯螈的巨大體型或許正是對低溫氣候的響應,這為我們理解早期四足動物的生理特征提供了重要參考。

盡管蓋伊阿斯螈仍然籠罩在許多謎團之中,但它的發現顯然為古生物學家提供了全新的視角。我們的遠古祖先或許比預想的更為堅韌,它們的環境適應能力遠超預期。在3億年前,可能還有更多類似蓋伊阿斯螈的生物在未被探索的土地上游蕩徘徊。在石松與蘆木森林的陰影之下,還隱藏著無數我們未曾想象過的秘密世界,它們此刻正安眠于巖石之下,等待著我們將其喚醒。

作者:古生物博士破滅的Sunny

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(責編:邢鄭、楊鴻光)

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