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贵州关岭发现重要早期龟类化石——中国始喙龟

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热度28票 浏览32次 时间:2018年8月23日 10:51
中国始喙龟(E.sinensis)头骨和生态复原(陈瑜绘)

中国始喙龟(E.sinensis)头骨和生态复原(陈瑜绘)

中国始喙龟(E.sinensis)头骨和生态复原(陈瑜绘)

贵州关岭发现重要早期龟类化石——中国始喙龟(Eorhynchochelys sinensis)

贵州关岭发现重要早期龟类化石——中国始喙龟(Eorhynchochelys sinensis)

(中国化石网报道)据中国科学院古脊椎动物与古人类研究所:龟是人们熟悉的动物,但其演化历史却是古生物学中最大的谜题之一:它们究竟是独立起源于无孔类(眼孔后面的头骨上没有其他开孔),还是与蜥蜴、鳄鱼和恐龙(包括鸟类)等一起,从双孔类(眼孔后面的头骨上还有两对颞孔)祖先演化而来?龟的身体结构与其他四足动物截然不同。它的躯干部分很短,并且被封闭的甲壳(背甲和腹甲)所包裹,其内部骨骼,如脊椎、肋骨、肩带、腰带等不仅与甲壳相愈合,而且各自本身也有一系列特化。龟类的口中没有牙齿,而是像鸟类一样代之以角质喙。龟类与其他四足动物,包括两栖类、爬行类、鸟类和哺乳动物之间的巨大差异,无异于缆车和各种汽车的差别。问题是,龟类这些特立独行的骨骼结构究竟是一蹴而就还是逐步形成?具体过程又是怎样?人们以往认为龟类的这种身体模式是在其演化历史中“突然”产生的,此后从三叠纪末期的原腭龟(Proganochelys quenstedti)至今,在超过2亿年的时间内基本没有变化。龟类演化的早期阶段至关重要,但是长期以来化石代表稀少,尤其缺乏甲壳形成和牙齿消失的化石证据。发育生物学、分子生物学和古生物学工作者纷纷致力于龟类起源和早期演化的研究,但是成果有限,只能各说各话。直到2008年,我国学者在贵州省关岭地区发现了半甲齿龟(Odontochelys semitestacea),即一个具有牙齿和只有腹甲的龟,古生物学界才开始对龟类的早期演化有了实质性了解。十年后,2018年8月23日出版的《自然》杂志(Nature)再次报道了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所领衔的国际合作团队在同一地区新发现的原始龟类——“中国始喙龟(Eorhynchochelys sinensis)”,这是继半甲齿龟之后关岭出现的又一种重要早期龟类化石。

中国始喙龟集多种原始特征、进步特征和过渡特征于一身,显示了龟类演化初期的高度复杂性。这种体长超过2米的大型早期龟类躯干较短,具有加宽的肋骨,背、腹甲均未形成,首次出现了封闭的上颞孔和刚性腰带,即臀部腹侧两耻骨和两坐骨形成前后、左右缝合且不能活动的联合体。中国始喙龟是最早的有喙的龟类,但其上、下颌的后部仍保留有牙齿,呈现出“牙齿退化,角质喙产生”的过渡状态。完整的骨架化石保存于距今约2.28亿年的三叠纪晚期海相黑色泥灰岩中,但其骨骼结构显示中国始喙龟并非长期生活于海洋中,而很可能是在近岸河口地带营水、陆两栖生活,且有掘穴的习性。

这一发现始于2015年,中科院古脊椎所李淳研究员在三亚海洋古生物博物馆(筹建中)藏品中注意到一件疑似原始龟类的化石,随即带领课题组进行了长达一年的化石修复和野外调查,最终确认这是产自半甲齿龟化石层位之下7.5米处的更加古老的龟类。在此基础上,中科院古脊椎所、苏格兰国家博物馆、美国菲尔德自然历史博物馆、加拿大自然博物馆四国学者组成的研究团队分析了来自世界不同地区的全部重要原始龟类化石材料,确定了新标本在龟类早期演化中承上启下的系统位置,弥补了该类群系统发育中的重要空白。此项研究由中国科学院战略性先导科技专项与国家自然科学基金联合资助。

相关报道:科学家发现全新原始龟类

(中国化石网报道)据中央广电总台央视新闻客户端:近日,中科院古脊椎所联合国内外研究团队在距今2.28亿年的古老地层中,发现了一个全新的原始龟类化石——中国始喙(hui四声)龟,揭示了龟类复杂的早期演化历史。这一研究成果今天(23日)在国际学术期刊《自然》上发表。

龟是人们熟悉的动物,但其身体结构与其他四足动物截然不同,龟的演化历史也成为古生物学中最大的谜题之一。研究团队在产于贵州关岭的化石中,发现了一个原始龟类新标本。该原始龟类体长超过2米,是已知最早出现“喙”的原始龟类,因此被命名为“中国始喙龟”。

中国始喙龟同时具有角质喙和牙齿,这一现象显示了龟类演化初期的高度复杂性;其骨骼结构显示,中国始喙龟并非长期生活于海洋中,而很可能是在海滨近岸水、陆两栖生活,且有掘穴的习性。

研究显示,中国始喙龟集多种原始特征、进步特征和过渡特征于一身,在龟类早期演化中承上启下,弥补了该类群系统发育中“缺失的一环”。

相关报道:中国始喙龟化石弥补进化史上“缺失的一环”

(中国化石网报道)据科技日报(李大庆):龟是种奇怪的动物:与其它四足动物截然不同,躯干被甲壳所包裹;没有牙齿,但却有像鸟类一样的角质喙。它是怎样进化而来?北京时间8月23日凌晨,《自然》杂志发表中科院古脊椎所研究员李淳领衔的国际团队论文称:中国始喙龟(Eorhynchochelys sinensis)还保留着牙齿,正发育出角质喙。

2008年,李淳团队在我国贵州省关岭地区发现了半甲齿龟化石,一个具有牙齿和只有腹甲的龟。这是当时世界上最古老的龟类化石,也是唯一体现了龟甲形成过程中某种过渡状态的标本,第一次基于化石证据论证了龟类的腹甲先于背甲形成。

2015年,德国发现2.4亿年前罗氏祖龟的化石,证实了龟类起源于双孔类,与蜥蜴、鳄鱼及恐龙等属于同一爬行动物支系。但此标本残破,很多关键特征观察不到,仍旧留下了龟类早期演化空白。

2015年前后,李淳课题组又对另一件早先发现的来自贵州关岭的龟类化石展开研究。这件被称为中国始喙龟的化石,体长超2米,躯干短,肋骨加宽;背甲腹甲均未形成;首次出现了角质喙,但上下颌后部仍保留有牙齿,呈现牙齿退化、角质喙产生的过渡状态。其完整的骨架化石保存于距今约2.28亿年的三叠纪晚期海相泥灰岩中。随后,由该课题组与英国、美国、加拿大学者组成研究团队,分析了来自世界不同地区的全部重要原始龟类化石材料,确定了中国始喙龟介于罗氏祖龟和半甲齿龟之间,弥补了该类群系统发育中“缺失的一环”。研究者认为,尽管中国始喙龟的完整骨架化石保存于海相地层,但其骨骼结构显示它并非长期生活在海洋中,很可能是在海滨近岸河口地带水、陆两栖生活,有掘穴习性。

相关报道:“忍者神龟”的祖宗是谁?

(中国化石网报道)据中国科学报(丁佳):拿武士刀的达·芬奇、使双叉的拉斐尔、耍双节棍的米开朗琪罗、用木棍的多纳泰罗……动画片《忍者神龟》里的4只所向无敌的乌龟,是很多“80后”“90后”心中难忘的回忆。

龟是人们熟悉的动物。但是,关于“忍者神龟”的起源和演化历史,却一直是古生物学中最大的谜题之一。

8月23日,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(以下简称中科院古脊椎所)领衔的国际合作团队在《自然》杂志上发表了一项最新研究成果。研究人员报道了一种在中国发现的最早出现“喙”的原始龟类——中国始喙龟,从而为人们了解龟类演化弥补了“缺失的一环”。

特立独行的乌龟

“龟类与其他四足动物的差异,就跟缆车和汽车的差别一样大。”中科院古脊椎所研究员李淳说。比如,龟类的躯干部分很短,身体被封闭的甲壳包裹,其内部骨骼也跟甲壳相愈合。它们的嘴里没有牙齿,而是长着像鸟一样的角质喙。

更重要的是,在超过2亿年的时间里,龟类的这种身体模式基本没有发生变化。这使得科学界对其早期的演化过程愈发好奇。

2008年,李淳带领的科研团队在贵州省关岭地区发现了半甲齿龟的化石。那是一只长着牙齿、只有腹甲的龟。这不仅是当时世界上最古老的龟类化石,也是唯一体现了龟甲形成过程中某种过渡状态的标本。研究人员第一次基于化石证据,论证了龟类的腹甲先于背甲形成。在此基础上,国际学术界对早期龟类有了全新认识。

2015年,德国2.4亿年前罗氏祖龟的发现,确定了更早期的龟类头骨上有颞孔,并且证实龟类与蜥蜴、鳄鱼及恐龙等属于同一爬行动物支系。但遗憾的是,罗氏祖龟标本极为残破,很多关键特征无法被观察到,留下了龟类早期演化,特别是与半甲齿龟之间的重要空白。

长期以来,龟类的化石代表稀少,尤其是关于甲壳形成和牙齿消失的化石证据特别缺乏。发育生物学家、分子生物学家和古生物学家纷纷致力于龟类起源和早期演化的研究,但是成果有限,只能各说各话。

这让龟类的演化研究陷入僵局。

2米巨龟重见天日

欧洲学者撰文发表罗氏祖龟成果的同时,李淳在筹建中的三亚海洋古生物博物馆藏品里注意到一件疑似原始龟类的化石。

他随即带着课题组成员,花了一年时间进行化石修复和野外调查,最终确认这是来自关岭、产于半甲齿龟化石层位之下7.5米处的一种更加古老的龟类。

随后,来自中科院古脊椎所、苏格兰国家博物馆、美国菲尔德自然历史博物馆、加拿大自然博物馆的学者组成的研究团队,分析了来自世界不同地区的全部重要原始龟类化石材料,并确定了这个新标本在历史长河中的位置。

这种名为中国始喙龟的大型史前龟长相十分奇特,集多种原始特征、进步特征和过渡特征于一身。它体长超过2米,背、腹甲均未形成。同时,虽然比满嘴长牙的半甲齿龟更加原始,却既发育出了角质喙,同时也保留了牙齿,呈现出“牙齿退化,角质喙产生”的过渡状态。

“中国始喙龟介于罗氏祖龟和半甲齿龟之间,在龟类早期演化中承上启下,为龟类系统发育补上了‘缺失的一环’。”李淳说。

同时,中国始喙龟的完整骨架化石保存于距今约2.28亿年的三叠纪晚期海相泥灰岩中。虽然它被发现于海相地层,但其骨骼结构显示,这种龟并非长期生活在海洋中,很可能是在海滨近岸河口地带营水、陆两栖生活,且有掘穴的习性。

“这是一个特别重要的发现。”《自然》杂志特邀审稿人评论称,“这种三叠纪的原始龟类填补了龟类演化中的重要空白,说明这种动物的早期历史比人们此前了解的要复杂得多。”

“有希望的怪物”龟速前进

1940年,德国遗传学家理查德·戈德施密特曾提出一种理论,认为生物高级分类单元的产生或许源于胚胎发育时期巨大的突变,尽管这种突变导致产生“怪胎”并致死的风险很大,但仍可能有一些“怪胎”幸运存活下来,作为“有希望的怪物”,成功开启物种演化的新篇章。

尽管这种备受争议的理论已经过时,但至今仍有学者认为,这样激进的演化方式确实适用于某些物种,例如龟类。

另一方面,基于化石观察到的生物演化过程大致也可以分为两种情形:一种是“渐变”,这也是达尔文理论的主要观点,马、象等的演化均属此类;另一种就是“突变”,即短期内一个物种发生大的、快速的分异,表现为化石在地层中突然出现。

长期以来,龟类演化的化石记录是“突变”的典型代表。人们不仅找不到过渡环节,其生物特征也几乎亿万年不变。

实际上,达尔文本人对这种现象有着近乎未卜先知的回答。他认为,这要么是由于化石记录不完整,要么是由于“怪物”与单纯的变异之间并没有截然的界线。

“我国近来发现的早期龟类化石表明,支持‘渐变’说的化石愈来愈多。像龟类这种‘有希望的怪物’,它们的祖先并非‘怪物’。”李淳说,“一些短时间内巨大到不可思议的激进变化,其实通过新化石的不断发现,正逐步被一系列正常而连续的微小变化所取代。”

相关报道:贵州关岭发现2.28亿年前龟化石 出现喙保留牙齿,非海龟

(中国化石网报道)据澎湃新闻(贺梨萍):龟在中华文化中具有独特地位,被看作是长寿的象征。然而,从探寻生物起源的角度来看,大众对龟的热度通常不及人类、恐龙,甚至鸟类。

“只有一个原因,现在大家都还能看到龟,它被当做宠物、甚至餐桌上的食物。”中科院古脊椎动物与古人类研究所李淳研究员在接受澎湃新闻采访时如此表述。

北京时间8月23日凌晨,由中科院古脊椎动物与古人类研究所领衔,苏格兰国家博物馆、美国菲尔德自然历史博物馆、加拿大自然博物馆学者联合参与的国际合作团队在顶级学术期刊《自然》(Nature)发表文章:研究团队在中国西南部的贵州省关岭地区发现了2.28亿年前的原始龟,保存于三叠纪晚期海相泥灰岩中,这只体长超过2米的巨型龟是迄今为止发现的第一只开始出现喙的龟,且无甲壳。

这只龟被命名为中国始喙龟(Eorhynchochelys sinensis),是继半甲齿龟之后关岭出现的又一种重要早期龟类化石。李淳表示, “进一步弥补了龟类早期演化中重要的一环。”

对长期从事中国三叠纪海生爬行动物化石研究的李淳来说,龟的独特是众多其他生物无法比肩的。

龟的身体结构与其他四足动物截然不同,躯干部分很短,被封闭的甲壳(背甲和腹甲)包裹,其内部骨骼,如脊椎、肋骨、肩带、腰带等不仅与甲壳相愈合,而且各自本身也有一系列特化。龟类的口中没有牙齿,而是像鸟类一样代之以角质喙。

“如果所有的四足动物都是汽车的话,龟和其他动物之间的差异就像吊着走的缆车和其他各种汽车一样。”李淳略显激动地说,“如果龟和恐龙一样现在灭绝了,我们现在只能看到化石,那么有人说它是外星动物而不是地球产物,可能都不为过。”

“龟之前的龟”长什么样?

龟的演化长久以来是一个巨大的谜团。

2.1亿年前晚三叠纪中期德国的原颚龟(Proganochelys)曾向人们展示出,在超过2亿年的时间里,龟类的身体模式基本没有发生变化。“原颚龟已经和我们现在看到的龟没有什么差别了,龟这种奇怪的身体结构在化石纪录里一出现就跟现在一样,我们看不到它的一步步演变,2亿多年都没有变化”

龟也因此长期被认为是和达尔文“渐进式”生物进化论相悖的有力证据。

2008年,同样在关岭地区发现的另一只原始龟打破了上述“演化僵局”。彼时,李淳等人在《自然》报道了半甲齿龟(Odontochelys semitestacea),即一只具有满口牙齿和只有腹甲尚未形成背甲的龟。

“整整10年前来自中国的研究让大家看到了‘turtle before a turtle’,当时在和现在同一地点找到的半甲齿龟被评为是龟类历史上具有里程碑性质的发现。”李淳表示。古生物学界因此开始对龟类的早期演化有了实质性了解。

此番的中国始喙龟的“问世”则始于3年前。当时,李淳在三亚海洋古生物博物馆(筹建中)藏品中注意到一件疑似原始龟类的化石。

“我看到一个非常奇怪的化石,当时这块完整的化石还是埋在岩石里面的,初步判断这是一种原始龟类,而且是一种大型的原始龟类,半甲齿龟个头比它小很多。”

基于这样的判断,李淳研究团队将化石运回北京,化石修理(在显微镜下将骨骼一点点从化石中暴露出来)了一年多时间,最终确认了初步设想:这是产自半甲齿龟化石层位之下7.5米处的更加古老的龟类。

随后,四国学者组成的研究团队分析了来自世界不同地区的全部重要原始龟类化石材料,确定了新标本在龟类早期演化中承上启下的系统位置。

半甲齿龟的“叔叔”

中国始喙龟体长超过2米,有着细长的尾巴,躯干较短。现代龟的“重要武器”龟甲在这只原始龟中均尚未形成,仅具有加宽的肋骨。首次出现了封闭的上颞孔和刚性腰带,即臀部腹侧两耻骨和两坐骨形成前后、左右缝合且不能活动的联合体。

和现在大家所能看到的龟类似的一点是,中国始喙龟的嘴是像鸟一样的喙。

这只中国始喙龟被认为集多种原始特征、进步特征和过渡特征于一身。

“现在发现的这个中国始喙龟,它的系统位置就处于2015年德国发现的更原始的罗氏祖龟(Pappochelys)和半甲齿龟之间,弥补了中间的空白。它最有意义的特征就是喙出现了,另外它的背甲、腹甲都没有形成。”李淳表示。

至于为什么比中国始喙龟出现更晚的半甲齿龟反而出现满口牙齿但尚未看到喙,李淳坦言,“我们不能做一个很肯定的解释,如果泛泛地讲,它说明了龟类早期演化的复杂性。”

李淳提到,“所有看到的原始龟类并不意味着都是龟类主线上的直系祖先,可能只是代表了一个演化阶段,或者都是一些旁支。好比我们这次并没有找到半甲齿龟的‘父亲’,而是找到它的一个‘叔叔’。我们只能看到这一代身上的一些特征,这些特征既有原始特征,又有进步特征,还有过渡特征,所以它非常复杂。”

李淳总结,在中国始喙龟身上,没有甲壳是原始特征,但又具有喙,这是一个进步特征。同时这个喙又不是单纯的喙,它只是嘴的前部有喙,上、下颌的后部仍保留有牙齿,“正好是一个还保留部分牙齿、但开始有喙这样一个过渡阶段。”

“这只是其中一种解释,但古生物学就是这样,几乎每一种解释都会有不同的意见。”李淳表示。

中国始喙龟还第一次让科学家观察到了龟的颞孔封闭。

长期以来,龟究竟属于双孔类还是无孔型,也是学界的一大争议点。“现在龟的头骨看起来是无孔型的,所谓的‘无孔’就是它的头除了鼻孔和眼眶以外是没有开孔,整个头骨是封闭的。长期以来学界曾认为,龟和现代的蜥蜴、鳄鱼,包括灭绝的恐龙这些双孔类都是分开来的,是由独立的无孔类祖先单独演化而来的。”

但罗氏祖龟这只迄今“最老”的龟给出了不一样的证据。“在龟化石里面,长久以来是看不到这个孔的,半甲齿龟仍旧是没有孔,但祖龟看得到孔,实质性地用化石证明龟的祖先头上有孔,但是它的问题是标本非常残破,都是一些散骨头,根据形状复原得出有孔。”

此番中国始喙龟的三块骨头则非常完美地构成了一种情形:在以前有孔的情况下三块头骨相互之间的位置关系保留着,由于它更紧凑就封闭了,但能够看到有孔痕迹。李淳形象比喻,“就像门刚刚要关上的时候,但还留了一条缝隙。”

并非海龟

值得一提的是,无论是半甲齿龟还是中国始喙龟,均发现于关岭地区,该地区也被称为是“化石宝库”。

在2亿多年前的三叠纪时期,关岭属于海洋的一部分,海洋沉积物经过亿万年来演变成为海相地层,保存有相当数量的三叠纪动物化石,绝大多数动物都属于海生动物。

自1998年底开始,李淳在关岭地区至今工作了整整20年。“整个贵州西南部、云南东北部,应该是目前全世界最好的三叠纪海洋爬行动物的化石保存地。”李淳如此提及关岭。

“近年来我们还发现了一些很有意思的现象,这里还有陆生动物,这只中国始喙龟也并非海龟。”李淳表示。

对古生物学家来说,判断一种动物以前的生活方式,往往从埋藏学和骨骼分析两种途径出发。“尽管它发现在海相地层,龟的化石还是原地埋藏,就是说在2亿多年以前死在这里之后就没有动过地方,包括没有被水流冲走、没有被搬过地方,在原地形成化石。但这个龟有发达的五趾型四肢,表明它的陆地运动能力很强的。”

李淳进一步解释,以现在的海龟为例,前肢的骨骼结构不是适合陆地生存的五趾型四肢,而是海里特化出的鳍状肢了,这就是适应海洋生活的典型特征。

“我们认为它具有掘穴习性,生活在海滨的近岸、河口,或者泄湖,甚至相当长时间在陆地上生活,是一种两栖型(非两栖动物)的爬行动物,是关岭动物群里重要的一份子。”李淳表示。
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