有壳动物那么多,为什么说乌龟的外壳最特殊,最折磨科学家?

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有壳动物那么多,为什么说乌龟的外壳最特殊,最折磨科学家?

文章来源:未知时间:2021-09-05

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在竞争激烈的动物世界,保护自己不被吃掉很重要,许多动物因此进化出生物防御装备——外壳,把身体的大部分放在壳里面,伸个头出去觅食,或者干脆直接把自己整个裹了起来,都能大大提高生存几率。

所以有外壳的动物非常多,甚至可以说大部分动物都是有坚硬外壳的。

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比如典型的有蜗牛,背着重重的壳到处爬,但它其实是软体动物;还有那些有壳的节肢动物,它们天生就是拥有外骨骼;在脊椎动物中,最典型的代表就是乌龟。

不过,在所有动物的外壳中,乌龟的外壳绝对是最特殊的一个,科学家至今还不太明白乌龟的外壳究竟是怎么回事,很多古生物学家甚至开玩笑表示:乌龟可能来自外太空。

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乌龟的壳是什么?

龟鳖目的物种都有一个这样特殊的外壳,虽然它们除了一个壳之外,其它多余骨骼很少,但毫无疑问它们是脊椎动物,它们和鳄鱼、蛇一样都是属于爬行动物。

只是这个脊椎动物好像想把自己的“内骨骼”变成“外骨骼”,就像现在的甲壳类,以及昆虫一样,乌龟把自己的骨骼翻到了外面。

乌龟的外壳是由一排排连接牢固的骨板组成,然后在骨板上覆盖一些角质板或盾片,背部圆顶甲壳通过骨桥与下方的扁平腹甲相连。

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图注:乌龟的骨骼

由此形成的外壳包裹着肩部和臀部,但头部、颈部和前腿前部,以及尾部和后肢的后部都是开放的,所以它们可以伸缩自如(海龟除外)。

在过去的很长一段时间里,科学家不知道的是,乌龟这身外壳是如何进化的,因为在过去发现的乌龟化石中,它们的外壳都已经形成了,没人知道为什么乌龟突然就有一个壳。

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当时有两个学派占据主导:

许多古生物学家认为乌龟可能和现在的鳄鱼差不多,先拥有表层皮骨,然后随着时间推移,它们的内骨骼和这些皮骨融合了。

不过动物学家在乌龟的胚胎发育过程中追踪了龟壳的形成,认为龟壳的各个部分是从骨架的不同部分发展而来的。

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现在看来动物学家胜出的概率很高。

目前已知最早的乌龟谱系成员是2.1 亿年的Proterochersis和Proganochelys(原颚龟),这两个已经灭绝的乌龟化石是在德国和波兰发现的,除了一些特殊适应性特征外,它们和现代乌龟没有太大的区别。

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图注:2.1亿年的原颚龟化石复原

有没有感觉挺意外的,看着笨笨的乌龟至少已经2.1亿年保持这个形态不变了,那个时候恐龙也才刚刚出现没多久而已,但大约6500万年恐龙灭绝了,而乌龟背着它骨骼继续前行。

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图注:2.2亿年前,长出腹甲的半甲齿龟

在2008年的时候,中国贵州关岭发现了一个更古老的 “乌龟半成品”——半甲齿龟,光听名字就知道,这货只有一半的龟甲——它是只有腹甲,而没有背甲的爬行动物。

当然,它是现代乌龟的祖先的概率很高,如果是的话,那就可以确定乌龟是先有腹甲的,而腹甲是它们的肋骨扩宽而来的,而不是古生物学家描述的皮骨演化。

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图注:2.4亿年前的祖龟复原

2015年德国南部发现了另一只爬行动物——祖龟化石,以龟命名是因为科学家认为它是乌龟的各早祖先,实际上它更像小蜥蜴。

祖龟正在准备长出腹甲,它们的肋骨已经加宽了许多,科学家认为这个肋骨加宽的进化目的是方便挖土。

其实到了这里,已经很明显了,乌龟的壳是从它骨骼演变来的可能性更高。只是祖龟和半甲齿龟生存环境是完全不一样的,半甲齿龟是生存在水下的,它的腹甲被认为是用来防御的,而不是挖土,所以很难把祖龟串联到半甲齿龟,也就很难证明龟壳究竟证明来的。

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其实,关于乌龟进化类似的疑问还有很多很多,不过我们今天还是只说它的壳吧。它的壳是骨骼演变来应该是没问题的,毕竟前面两个物种可以证明这个过程可行。

虽然乌龟壳的由来算是解决了,但是它们的壳还是最特殊的。

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乌龟的壳有什么特殊之处?

有壳动物千千万,但其实大部分动物的壳和身体的关系都差不多,就是相当于给自己穿了一件“防弹衣”,但是乌龟却不同,它是把自己整个身体结构改变了,更像活生生把自己变成了“防弹衣”。

比如软体动物的壳,它们是像搭房子一样慢慢搭建外壳的,一只蜗牛从出生开始就会收集钙质,然后通过电流把钙离子推到相应的位置。

那些拥有外骨骼的动物也一样,也是在外面裹了一层保护层。

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相较于其它动物,脊椎动物是更高级的存在,所以脊椎动物中使用“外壳”的明显少了很多,某种意义上来说,“脊椎”这个进化优势抵消了没有壳带来的劣势。

不过有些脊椎动物也是有外壳的,比如爬行动物和鱼类的鳞片和皮骨,某种意义上也是一种“外壳”,在哺乳动物中有犰狳和穿山甲。

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图注:犰狳的神奇铠甲

其实无论这些外壳怎么弄,它都不是改变身体的结构,穿山甲的壳其实和鸟类的羽毛、哺乳动物的毛发没有多少本质区别,生物要发生这种变化其实是很容易的,几个重要基因突变就能做到。

但是乌龟的壳就很难,它相当于改变并重组了身体结构,并且和其它所有脊椎动物背道而驰。

不过,无疑乌龟这么做很成功,在这样一个坚如磐石的东西面前,绝大部分猎食者都会失去兴趣。