最早龜類化石被發現 揭開“龜甲形成之謎”

2008年11月28日08:23  來源:中國科學報

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最早龜類化石被發現 揭開“龜甲形成之謎”
  長期以來,對龜類起源的研究,由於缺少直接的化石証據,科學界隻能通過現代龜類的胚胎發育和少數體表具有甲片的古代爬動物化石進行推測。

  不久前,中國科學院古脊椎動物與古人類研究所副研究員李淳及其同事在貴州省發現了處於起源階段的早期龜類化石——半甲齒龜,揭示了長期困擾學術界的“龜甲形成之謎”。11月27日出版的《自然》雜志刊載了這一成果。

  這批原始龜類化石發現於我國貴州省關嶺縣距今2.2億年前的晚三疊世早期地層中,這是目前發現的最早的龜類化石,它將龜類起源的時間推前了大約1000萬年。

  半甲齒龜不僅年代最為久遠,從形態上看,與現代龜類的差別也最為明顯。僅從身體外部觀察,現代龜類有著非常明顯的兩個特征:一個是沒有牙齒,卻長著如鳥類般的喙,另一個就是包裹著全身的甲殼。而這隻半甲齒龜卻與此不同,它不僅有著細密的牙齒,而且其甲殼也只是處於雛形狀態,沒有能夠包裹全身,這也是它得名“半甲齒龜”的原因。這些化石進一步表明,龜類的起源遠較以往的認識更為復雜,年代也更為久遠。

  論文第一作者李淳介紹,三疊紀時期的龜類化石本來在世界上就極為罕見,此前僅有3個公認屬種,發現於德國、泰國和阿根廷,而且這3個屬種的化石種類都已經與現代龜類非常相似——上下頜沒有牙齒,全身包裹著甲殼,因此它們無法為龜類起源提供明確的線索。

  在這樣的背景下,半甲齒龜在龜類進化研究中的地位與鳥類中的始祖鳥相似,是目前研究物種進化過程中極度缺乏的中間環節。這個中間環節的出現,對以往科學界在龜類起源上的推測和爭議進行了一次澄清與顛覆。

  在半甲齒龜化石出世之前,長期以來科學界根據現代龜類的胚胎發育和少數體表具有甲片的古代爬行動物化石,對龜類起源進行推測時產生了種種矛盾、分歧的觀點。半甲齒龜的化石明確顯示,龜類腹甲的形成遠遠早於其背甲。

  從半甲齒龜的身體結構上看,其腹部的甲殼已經演化到與現代龜類相差無幾了,而背部的甲殼才剛剛開始出現,這與現代龜類的胚胎發育過程十分相似,這種契合不僅明確了龜類甲殼背、腹兩面產生的先后關系,也是一次十分難得的現代生物學與古生物學的相互印証。

  此外,在龜類的分類學研究和親緣關系的劃分上,半甲齒龜也提供了與早先不同的認識。

  此前,科學界推測龜類的甲殼是由爬行動物的甲片演化而來,因而推測認為,原始龜類與更早期的、帶甲片的爬行動物在親緣關系上最為接近。而從半甲齒龜的背甲形成過程看,它的背甲始於脊椎位置,首先形成了椎板,而兩邊的部分僅僅出現了肋骨變寬、開始特化的跡象,與單獨存在的甲片無關。這種與以往推測不同的演化模式,使得原始龜類的分類單元有待於重新界定。李淳等研究者根據這樣的演化模式推測認為,原始龜類可能與人們熟悉的蛇頸龍所處的類群更接近。

  除了龜甲演化外,原始龜類的起源和生活環境也是科學家關心和爭議的問題之一。以前,大部分古生物學家都認為龜類是在陸地上起源的,此后逐漸出現了水生、陸生的分化。隻有包括本文作者之一、美國芝加哥菲爾德博物館地質學部主任Olivier Rieppel博士在內的少數學者推測認為,龜類起源於水環境。而半甲齒龜的發現則証實了這些少數科學家的推測。半甲齒龜的骨骼結構及其化石發現地點的地質情況顯示,這種原始龜類很可能生活於海濱或者河流三角洲地帶,其適應於水生環境的程度與今天的甲魚相似。因而,龜類有可能是起源於水生環境,此后逐漸向陸地分化。

  據論文的另一位作者、貴州省地質調查院教授王立亭介紹,包括半甲齒龜化石的發現地——關嶺縣在內的貴州西南部地區,近年來發現了豐富的水生爬行動物化石。他說,通過與中國科學院等科研單位合作,這些化石的科學價值越來越為世界所矚目,近年來已有多篇論文在國際頂級學術期刊《自然》和《科學》上發表。

  11月27日出版的《自然》雜志,除詳細報道了這一重大發現外,還專門配發了特約述評文章。文章評價這一成果時說,李淳等人的發現,盡管還可能存在不同的解釋方式,但是“為解決目前在爬行動物演化研究上的最大謎團,提供了全新的証據、開辟了全新的空間,改變了人們關於龜類演化的傳統觀念。這項研究充分說明,重要的化石標本可以改變人們對脊椎動物進化歷史的認識”。

  此項研究是在中國科學院、國家自然科學基金委員會以及科技部“973”項目的聯合資助下完成的。加拿大自然博物館吳肖春博士、美國芝加哥菲爾德博物館Olivier Rieppel博士以及浙江自然博物館研究員趙麗君參與了該項目的研究。

(責編:張錦(實習))
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