乌龟|龟壳是怎么进化来的？
“穿件硬壳袍 ， 缩头又缩脑 ， 水面四脚划 ， 岸上慢慢跑 。 ”这个谜语大家都能猜到是乌龟 。 但是 ， 你知道乌龟的壳是怎么来的吗？
伊索寓言中有一个故事：在天神宙斯和赫拉结婚的时候 ， 赫耳墨斯邀请了所有的动物 ， 大家都去了 ， 唯独乌龟缺席 。 事后问它为什么不来 ， 乌龟所给的理由十分无礼 ， 说它不喜欢交际 ， 更喜欢宅在家 。 赫耳墨斯一怒之下 ， 发出恶毒的诅咒 ， 让它缩头缩脑做一辈子的“房奴” 。
当然 ， 这只是一个寓言 。 正如动物王国的每一个奇迹一样 ， 龟壳应该也是进化来的 。 不过很久以来,龟壳的进化一直是个谜 ， 直到最近一些年 ， 完整的故事才被拼接出来 。 令人惊讶的是 ， 这个起源故事与古生物学家先前的猜测大不一样 。
01
乌龟独特的身体结构
乌龟属于爬行动物纲下面的一个分支——龟鳖目 。 龟鳖目动物还包括海龟、鳖等 。 它们中有些生活在海里 ， 有些生活在淡水中 ， 有些 ， 如沙漠陆龟让我们大感意外 ， 竟然栖息在干燥的草原和沙漠中 。 在这篇文章里 ， 为方便起见 ， 我们统一用“乌龟”来称呼它们 。
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无论是现存的还是已经灭绝的脊椎动物中 ， 乌龟可谓与众不同 ， 只有它们的身体是被独特的坚硬外壳包裹着的 。 虽然也有其他动物进化出了覆盖全身的盔甲 ， 比如穿山甲 ， 但是只有龟壳完全将脊椎骨和肋骨结合到了一起 。
龟壳是由一排排紧密相连的骨板组成的 。 背部的甲壳与它们下方的扁平胸甲通过展宽的肋骨相连 。 龟壳就像盒子一样裹住乌龟的身体 ， 只在头、颈、前后腿以及尾等部位开放 ， 方便乌龟在危险时缩进壳里 。 这种结构在脊椎动物中是绝无仅有的 。 想象一下 ， 假如你的肩膀陷进胸腔 ， 你的手臂还能动弹么？但乌龟的四肢却能 。
自19世纪初以来 ， 动物学家一直在研究现代龟类的胚胎 ， 来追踪龟壳的发育过程 。 他们证实 ， 龟壳的不同部分是由骨骼的不同部分——主要是脊椎骨和肋骨——发展而来的 。 在乌龟胚胎背部 ， 肋骨会变宽并向两侧伸展 ， 而不是像大多数爬行动物那样向下弯曲来包裹躯干 。
另一个令人困惑的是乌龟的头骨 。 几乎所有其他爬行动物（不论是壁虎还是霸王龙）的头骨背面 ， 即在后脑勺的位置 ， 都有两个口子 ， 用来连接下巴肌肉 。 下巴肌肉的一伸一缩 ， 控制下颚的一张一合 。 乌龟的头骨上却没这两个口子 。
这些特征使乌龟成为一个奇怪的物种 ， 似乎与其他爬行动物没有明显的联系 。
02
寻找最古老的乌龟化石
龟壳的起源使古生物家陷入困境 。 这样一个完整的外壳必然经历了一系列的进化 ， 但他们并不清楚每一个变化过程会给乌龟带来什么生存优势 。
1887年 ， 人们在德国发现了一块古老海龟的化石 。 这一古老的物种被命名为“原颚龟” 。 原颚龟大约生活在2.2亿年前 ， 很久以来 ， 它一直是我们所知的最原始的乌龟 。 在许多方面它与现在的乌龟不同 ， 虽然它身上已经有了完整的龟壳 ， 但我们从中无法找到龟壳起源的线索 。
一个多世纪以来 ， 古生物学家一直在猜测原始乌龟的样子 。 一些人认为 ， 乌龟的甲壳应该是“由点到面”逐步形成的 ， 主张应该去寻找背部和腹部有骨甲斑点的化石 ， 因为那是龟壳形成的最初迹象 。
但后来的剧情完全出人意料 。 2008年 ， 中国科学家发现了一种年龄与原颚龟相仿的新乌龟化石 。 它有宽阔而笔直的肋骨 ， 但是背部没有任何甲壳 。 最令人惊讶的是 ， 它的腹部已经有一个完全成形的胸甲 ， 就像现在的乌龟一样 。 它被命名为“半甲齿龟” 。 半甲齿龟显然比原颚龟更原始 ， 它的样子显示 ， 乌龟的壳是以先下后上 ， 而不是“以点带面”的方式进化来的 。
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这一发现让古生物学家豁然开朗 ， 他们此后就将搜索重点放在肋骨加宽的动物化石上 。 从那时起 ， 新发现越来越多 。 2015年 ， 古生物学家在德国有2.4亿年历史的湖泊沉积物中发现了一种更古老的乌龟化石 。 它被命名为“始祖龟” 。 始祖龟更像一只胖乎乎的小蜥蜴而不是乌龟 。 它的主干肋骨很宽 ， 从脊椎骨向两侧延伸 。 与半甲齿龟不同 ， 始祖龟没有胸甲 ， 但在腹部肌肉中有一层肋骨状的骨骼 。 这些腹部的“肋骨”类似于现代乌龟胚胎中那些纤细的骨骼 ， 这些纤细的骨骼最终会融合在一起 ， 成为胸甲上的板状骨骼 。
这时 ， 古生物学家意识到 ， 他们手头其实早就有最古老的乌龟化石了 ， 只是之前把它归错了类而已 。 这种乌龟是1892年在南非2.6亿年前的岩石中发现的 ， 之前被认为是一种古老的蜥蜴 ， 现在被正名为“正南龟” 。 正南龟没有背壳 ， 也没有胸甲 ， 但有着异常宽阔和强烈弯曲的肋骨 ， 这些肋骨还部分重叠 ， 似乎为以后的合并做准备 。
这些化石线索加起来 ， 让我们对乌龟如何得到壳这一过程有了一个相当清楚的了解 。
03
还原龟壳的进化史
正南龟的前肢比后肢大 ， 前爪也更大 。 粗壮的臂骨让强壮的肌肉有了巨大的附着点 ， 这些肌肉可以有力地把它的手臂拉回来 。 所有这些特征表明正南龟是一个能干的挖掘者 。
在大约2.98亿年前到2.52亿年前的二叠纪时期 ， 蜥蜴类爬行动物 ， 如正南龟 ， 是在地上刨食或寻找藏身之所的 。 正南龟宽阔的肋骨可以稳定身体 ， 在挖掘时为手臂提供帮助 。 做挖掘工 ， 肋骨较宽会更有效率 ， 这就赋予了它们一个生存优势 。 从那之后 ， 也许是在挖掘时 ， 为了保护它们的内脏免受挤压 ， 乌龟祖先的腹部进化出胸甲 。 换句话说 ， 龟壳进化的第一步 ， 也就是肋骨的加宽 ， 显然不是为了防范天敌 ， 而是出于工作需要 。
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至于背甲的出现 ， 则相对较晚 。 乌龟以移动速度慢著称 ， 容易受捕食者攻击 ， 为了弥补这一缺陷 ， 它们的肋骨后来沿着背部扩张 ， 与胸甲相连 ， 形成一个封闭的甲壳 ， 最终完全裹住了身体 。 再后来 ， 由于挖掘的动作与狗刨式游泳动作相似 ， 当环境变化时 ， 乌龟就自然地由钻地工变成了称职的游泳者 。
这就是古生物学家还原的龟壳进化史 。
然而 ， 这一剧情中依然有一些盲点 。 特别是关于龟壳的上半部分是在乌龟游泳之前还是之后进化来的 ， 仍然存在争议 。 我们不知道确切答案的部分原因是 ， 在正南龟和半甲齿龟之间 ， 存在着数千万年的间隔 ， 而我们不知道其间发生了什么 。 毫无疑问 ， 研究人员将会在未来几年挖掘出更多龟类祖先的化石 。 龟壳的进化史也像龟壳一样 ， 将会逐步完整起来 。
这些进化奇迹是如何发生的？
得益于化石和基因组分析两方面的新证据 ， 我们已经逐步了解动物王国中一些奇迹是如何发生的 。
鲸是如何失去双腿的？
鲸的祖先是陆生的鹿类动物 ， 因偶然冒险下水觅食 ， 它们开始学会在水里生活 。
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大约5000万年前 ， 鲸的祖先还是靠踢两条腿游泳（类似狗刨） ， 后来逐渐进化出较短的腿 ， 再后来又进化出带蹼的四肢 ， 有力的尾巴和长长的鼻子 。
起初 ， 保留的腿还给了它们返回陆地休息或繁殖的可能 。 后来 ， 它们开始学会以起伏的姿势游泳 。 这种游泳动作需要灵活摆动尾巴来掌舵 ， 而后肢的存在有碍尾巴的摆动 。 于是 ， 在生存竞争的压力下 ， 后肢就逐渐退化消失了 。
斑马是怎么长出条纹皮毛的？
对于斑马进化出条纹的原因 ， 科学家们提出过很多解释 ， 从伪装到热调节都有 ， 但在过去的几年里 ， 一种解释占了上风 。
2019年 ， 科学家对圈养的斑马和马进行了研究 。 研究显示 ， 与马相比 ， 落到斑马身上的马蝇更少 。 给马穿上黑白条纹布外套 ， 把它装扮成斑马的样子之后 ， 落在它上面的马蝇也奇迹般地减少了 。
为什么斑马条纹会减少马蝇降落的次数？一种可能是 ， 斑马条纹能眩花马蝇的眼睛 ， 使它们晕头转向 。 在斑马生活的非洲 ， 马蝇可以传播致命的寄生虫 。 斑马进化出这身“迷彩服” ， 可能正是为了避免受感染 。
熊猫是怎么长出灵活的大拇指的？
人类的大拇指能弯曲到与其余四指相对 ， 没这个特征 ， 我们就无法握笔写字；能做到这一点的动物并不多 。 不过 ， 看似笨拙的熊猫差不多也能做到 。 在它们前爪的五个脚趾旁边 ， 有一根粗短而灵活的腕骨 ， 它们拿它像拇指一样使用 ， 我们称其为“假拇指” 。 大熊猫和小熊猫都有假拇指 ， 它们为什么会进化出这个东西呢？
最近 ， 科学家找到了与哺乳动物肢体发育有关的两个基因 ， 当它们突变时 ， 会多长出一根指头 。 看来 ， 两种熊猫身上正是独立地发生了这种突变 。 在别的动物身上 ， 这种突变是有害的 ， 但对于熊猫 ， 假拇指却是有用的 ， 特别当它们剥吃竹笋——它们非常重要的营养来源——的时候 ， 离开了假拇指 ， 就无法剥掉笋壳 。
来源：大科技
【乌龟|龟壳是怎么进化来的？】编辑：yrLewis
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