第二百三十七回 偏师劲旅(中):死海魅影

书接前文,上回井蛙留了个扣子,说副爬行动物中有两个“明星”类群:中龙类(Mesosauria)和巨齿

书接前文,上回井蛙留了个扣子,说副爬行动物中有两个“明星”类群:中龙类(Mesosauria)和巨齿龙类(Pareiasauria)。这回我们先介绍中龙。

中龙类生活在二叠纪刚刚开始不久(大约2.99亿到2.75亿年前)。在巴西,乌拉圭,纳米比亚和南非一共发现了三种中龙类的化石。它们是中龙属的纳米比亚中龙(Mesosaurus tenuidens),方胸龙属的凸方胸龙(Stereosternum tumidum),和巴西龙属的圣保罗巴西龙(Brazilosaurus sanpauloensis)。

中龙类三个属代表物种复原图。上:纳米比亚中龙;中:凸方胸龙;下:圣保罗巴西龙。可以看到它们在体型,身体比例和骨骼结构方面有着细微的差别。图片来源自网络。

一眼就可以看出,中龙类是高度水栖的类群:柔长的躯体,细弱的四肢,超过体长一半的大尾巴,灵活的脖颈,还有高度特化的口鼻和牙齿。这些特征明显比同时代的其他水栖羊膜类:齐椎蜥(Spinoaequalis),坦噶蜥(Tamgasaurus),霍瓦蜥(Hovasaurus)和克劳迪欧蜥(Claudiosaurus,参见第二百五回水陆空V1.0)更加偏向水生。感觉上,中龙类有点“超前”,即使把它们放到中生代的海爬中也没什么违和感。

纳米比亚中龙骨骼复原图(年轻的成体)。中龙类的体型不算太大,成体体长一米左右,最大的也不到到2米。图片来源自[1]。

凸方胸龙骨骼化石。中龙类的体态很像中生代的一些海爬,比如化石市场上到处可见的贵州龙(Keichousaurus,三叠纪的回目再详细介绍),但生存年代却要至少早上9000万年。图片来源见水印。

圣保罗巴西龙(发现地:Montividiu)化石。和另外两种中龙相比,它的身体更苗条,头部更小,颈部也更长。图片来源自[2]。

目前研究最深入的是纳米比亚中龙。这种动物留下了极其丰富的骨骼标本,包括软体组织的印痕和不同发育阶段的幼体。

这里插一句,乌拉圭的Mangrullo化石群是发现中龙化石的宝地,这里出土了许多保存程度超乎想象的标本。比如上图中的纳米比亚中龙下颌化石,连贯穿在骨骼和牙齿中的神经(黑色箭头标示)和血管(灰色箭头标示)都清晰可辨。图片来源自[3]。

但即使如此,人们仍然被一些最基本的问题困惑着。比如中龙类的分类地位。可以确定中龙类起源于某种陆栖的羊膜动物。演化出如此明显的水栖特征肯定不是一朝一夕的事。但遗憾的是,目前还没有发现关于中龙祖先和过渡类型的任何蛛丝马迹。而这样特化的动物,只靠形态学进行分类又是不大靠得住的。一直以来,人们把中龙类看做是副爬行动物中一个非常古老,而且早早分化出去的旁支(参见上回的副爬行动物谱系图)。但一些新的研究显示,中龙类的祖先也许可以追溯到副爬行动物和真爬行动物分家之前。

一种关于早期羊膜动物谱系发育的理论(图片来源自[4]),中龙被放在蜥形纲最基干的位置。但这个理论认为龟鳖类属于副爬行动物,甚至把副爬行动物都放到“双孔类”的演化支下,总之挺颠覆的,接受度不高。本文仍然采用中龙类属于副爬行动物的传统分类。

从身体结构上看,中龙类在陆地上运动已经很吃力了。它一生的大多数时间(如果不是终生水栖的话)都应该是在水中渡过。

各个发育阶段的纳米比亚中龙后足骨骼结构。它的趾骨细长,五趾分开,趾间应该长有蹼辅助划水。图片来源自[5]。

纳米比亚中龙成体后肢骨骼结构。它的腿骨和骨盆非常细弱,在陆地上无法支撑身体。大概最多也就是像海龟一样费力地匍匐爬行吧。图片来源自[5],标尺长度1厘米。

中龙化石给人印象最深刻的是那张尖细的长嘴,上下颚长满锋利的牙齿,这些长牙伸出口外,交叉错叠,组成一张看起来十分凶残的大杀器。

纳米比亚中龙头骨化石和复原图。中龙类的眼睛很大,视力应该不错。头骨下后侧也有一对小小的颞颥孔。这样的牙齿在二叠纪四足动物中绝无仅有。图片来源自[6],标尺长度1厘米。

相信很多朋友已经在脑海中描绘这样的图景:几条中龙在水中轻轻扭摆,懒洋洋地游荡在鱼群四周。看准时机后,大尾巴猛地发力,修长的身体就像鱼雷一样弹射出去。大嘴一张咬住一条大鱼,锋利的牙齿牢牢钉进猎物的身体,长颈一缩一探,便吞了下去。跟着身子轻转,目光又回到惊逃的鱼群,开始物色下一个猎物……

是的,井蛙刚看到中龙化石的时候也是这么想的。但是后来才知道,这个画面根本不会出现。原因很简单,这是一张中龙生活环境的复原图(图片来源自网络):

你可以看到中龙在水中遨游,还趴在岸上晒太阳,水边生长着茂密的植被。但是注意:这片水里——根本——没有鱼!种种证据显示,中龙确实是这片水域的霸主,然而它们统治的水体,却是异乎寻常的贫瘠!(注意右下那个圆形的动物,后面说它是什么)。

研究者在乌拉圭Mangrullo早二叠世化石群找到了上百具中龙化石。上图标示了这里出土的化石种类和出现地层。对比左上的图例,可以看到在发现大量中龙骨骼的地层中,有植物叶片和昆虫翅膀化石,这明显是来自岸边的陆地植被。但是却没有发现珊瑚,海绵和苔藓虫,也没有腕足动物,没有腹足类和双壳类,没有菊石,没有鱼类,也没有离片椎类,壳椎类和其他羊膜动物。这是怎样一片空旷死寂的水体啊。图片来源自[3]。

唯一和中龙大量伴生的,是虾,大量的虾,就是在前面的回目(参见第二百二十二回 虾啊,真虾,真是虾,是真虾……)介绍过的,二叠纪最繁盛的甲壳类——臀头虾(Pygocephalomorpha)。上面复原图里那个圆溜溜的动物就是臀头虾。

Mangrullo 化石群生态系统中动物类型统计表。这里发现了58条纳米比亚中龙的骨骼,57条凸方胸龙的骨骼。还有三种臀头虾:A种发现了156个个体,是绝对的优势种类;B种发现了19个个体,C种发现了1个个体。然后,就没有了,什么也没有了。图表来源自[3]。

在我们的认知里,无论海洋还是淡水河湖,都不会有这么奇怪的动物组成。那么中龙类到底生活在什么样的环境里呢?一种比较圆满的解释是,中龙类很可能生活在内陆的盐湖(Hypersaline sea)中。盐湖是内流河(Continental river)的终点,河水不断注入,带来溶解在其中的矿物质。随着湖水不断蒸发,不断浓缩,最终达到很高的盐度,令绝大多数生物都无法在其中生存——就像现在的死海那样。

中龙化石发现地(红点)在冈瓦纳古陆的对应位置。在二叠纪早期,非洲(1)和南美(2)是连在一起的,中间的海峡并不存在。所以中龙类并不是生活在海边,而是内陆。图片来源自网络。

现代盐湖中也往往存在非常单一的生态系统。只有一种或寥寥几种藻类能在高盐度的湖水中生存,耐盐的小型无脊椎动物,比如卤虫(Brineshrimp,上图)和盐水蝇(Brinefly,下图)组成了食物链的下一个环节。因为没有其他动物与之竞争,它们的数量往往异常庞大。

Mangrullo化石群发现的臀头虾类化石。它们很可能在二叠纪的盐湖中占据着今天卤虫或者盐水蝇的生态位,是某种远古耐盐藻类唯一的消费者。图片来源自[3]。

从化石证据来看,这些臀头虾的小日子过得还挺滋润,因为没有鱼类去捕食它们。上图是Mangrullo 化石群发现的正在交配的臀头虾化石。它们就在这一汪齁死人的咸汤里快乐地生息繁衍。图片来源自[3]。

可以推测,机缘巧合之下,中龙类的陆生祖先发现这片盐湖。湖里没有鲨鱼也没有凶猛的离片椎类,有的是吃不完的虾,虽然个头小了一点,但数量绝对管够。经过一代代的选择与淘汰,在解决了水盐代谢的难题(不知道中龙会不会像海龟和咸水鳄一样淌眼泪)之后,它们的后代成为这片高盐水域的顶级掠食者。

现代盐湖里的小型无脊椎动物也会吸引特定的脊椎动物前来取食。比如上图中的火烈鸟,就用特殊的鸟喙滤取湖水中微小的卤虫。很可能在2.9亿年前的盐湖中,甲壳类和蜥形纲的前辈们就已经建立起类似的食物链了。图片来源自网络。

有许多中龙化石保留了腹部的内容物,从中可以清晰地分辨出臀头虾的残骸。如此看来,中龙略显恐怖的长牙其实主要用来捞取和咬碎这些小型甲壳动物。

一条保存非常完好的纳米比亚中龙前半身化石(A图)。在它的肩胛骨下方有一个完整的大臀头虾(B图箭头标示),那是它吞下的最后一口食物,可能是在掩埋的过程中从食道里挤出来的。图片来源自[1]。

除了臀头虾,研究者还在中龙的腹腔,粪便和呕吐物里发现了其他动物残骸——同类的幼体。

Mangrullo化石群发现的纳米比亚中龙化石,在腹腔中发现了食物残留的印痕(A)。放大图见B和C,其中箭头标示的是臀头虾的外壳,锐角三角形指示的是中龙幼体的碎骨头。图片来源自[3]。

一些在Mangrullo化石群发现的纳米比亚中龙粪化石(Coprolites)。A图和C图中只有臀头虾的外骨骼;B图中则有非常小的中龙幼体骨骼碎片(红线标示);D图中不但有骨骼碎片,而且还有一枚牙齿(红色箭头标示)。图片来源自[1],标尺长度1厘米。

一些Mangrullo化石群发现的呕吐物化石(Regurgitalites),可以分辨出其中混杂着中龙幼体的颈椎(cv),股骨(f),肋骨(fr),颅骨(fskb),牙齿(te)和其他骨骼(ub)的碎片。因为这里没有发现其他大型脊椎动物,所以可以基本确定来自中龙。看来它们会像许多现代动物一样,把不能消化,也不太好从肠道排除的硬质杂物呕吐出来。图片来源自[1],标尺长度1厘米。

另一处中龙化石发现点:巴西Iratí化石群(位于大名鼎鼎的巴拉纳盆地)发现的中龙粪化石和肠内容物化石(Cololites)。A图是一个粪堆。B图粪里有一枚非常小的牙齿(标尺长度1厘米,放大后如C图,标尺长度5毫米)。D图粪里有许多骨头碎片(箭头标示)。E图是粪化石截面的SEM照片,可以看到许多臀头虾壳和中龙幼体的碎骨纠缠挤压在一起,这是中龙的两种主要食物。图片来源自[1]。

有人认为这是中龙同类相食的证据,也有人认为中龙会啃食同类的尸体。井蛙更倾向于前者。这么多的化石证据表明吃掉幼体的情况非常普遍,很难用食腐来解释。很可能因为2厘米的臀头虾对1米多长的中龙成体来说,还是太小了。中龙只能靠自己来填补食物链中间的空缺,在贫瘠的盐湖里建立起这样一条能量传递途径:藻类→臀头虾→中龙幼体→中龙亚成体→中龙成体。至于死去中龙的尸体,大概臀头虾会吃掉一部分,其他的中龙会吃掉一部分,剩下的残骸就交给微生物分解。腌在这种浓盐水里,尸体的腐烂速度会变得缓慢,就有更大的几率被湖底的沉积物覆盖掩埋。这也解释了为什么会有这么多保存完好的化石出土。

最为惊艳的化石要数中龙的胚胎。这也是人们发现的最早的羊膜动物胚胎化石。

Mangrullo 化石群发现的纳米比亚中龙化石。在成体腹部左侧有一个完整的胚胎骨骼(A图)。B图是胚胎和刚孵化幼体的体型对比。图片来源自[7]。

上图中的中龙胚胎骨骼结构和复原图。这个宝宝蜷缩成一团,但化石上没有卵壳的痕迹,它很可能是包裹在薄薄的卵膜里。图片来源自[7],标尺长度5毫米。

在这个胚胎的长嘴上发现了一个钉子状的小突起(箭头标示)。有人认为这是它的卵齿(egg tooth),用来顶破卵壳或卵膜的。图片来源自[7],标尺长度1厘米。

巴西Iratí化石群发现的纳米比亚中龙化石。在它的腹腔里也有一个发育成型的胚胎(如D图所示)。图片来源自[7]。

另外两块中龙化石。它们的腹腔里也发现了比较完整的幼体骨架(骨骼排列有序,基本可以排除是咬碎后吃掉的)。这些幼体比前面的胚胎大一些,可能更临近出生。图片来源自[7],标尺长度1厘米。

这些化石证据表明,中龙类的胚胎会在母体内充分发育,这也是对水栖生活的一种适应。它们要么孵化时间很短,说不定在水中产卵,幼体出生后马上用卵齿划开卵膜,开始自由生活。或者直接产下幼体(就像中生代的鱼龙那样)。如果是这样的话,那中龙确实没有理由再爬上岸去了,它们完全可以在水里度过一生。不过想一想,这么大的幼体,经过这么长时间的孕育,这么费力地生下来,结果有相当大的比例又被当成食物吃回去了。中龙的生存环境,还真是残酷呢。

说了分类地位和生活环境,还有猎食和繁殖行为,关于中龙类的简单介绍也差不多了。中龙类是羊膜类向水生生活进军的先锋探马。它们的生存年代之早,证明了羊膜动物演化出高度水栖的身体结构并不需要太长的时间。中龙类是幸运的,它们找到了鲨鱼和离片椎类统治的真空地带,在空寂的盐湖中建立起自己的统治。中龙类又是不幸的,它们的身体结构高度特化,生存空间被死死限定在狭小的盐湖里。当赖以生存的盐湖因为地质和气候变化最终消失,中龙便作为陪葬,一同掩埋在地层深处。在中龙消失2500万后,一场天地异变消灭了海洋河湖中的高级掠食者,觊觎这些生态位已久的羊膜类开始前赴后继的“下水”。“海爬”和“海兽”的时代正式开启,直到今天——当然,这是后话了。

它是游荡在死海深处的一道魅影——中龙。图片来源见水印。

地球名片

生物分类:动物界-脊索动物门-脊椎动物亚门-四足形类-羊膜类-蜥形纲-副爬行动物-中龙类

存在时间:二叠纪早期

现存种类:

化石种类:3

生活环境:内陆盐湖或浅海?

代表特征:高度水栖的体型,特化的长吻和牙齿

代表种类:纳米比亚中龙,凸方胸龙,圣保罗巴西龙

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