拿武士刀的達·文西、使雙叉的拉斐爾、耍雙節棍的米開朗琪羅、用木棍的多納泰羅……動畫片《忍者神龜》裡的4隻所向無敵的烏龜，是很多「80後」「90後」心中難忘的回憶。
龜是人們熟悉的動物。但是，關於「忍者神龜」的起源和演化歷史，卻一直是古生物學中最大的謎題之一。
8月23日，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所（以下簡稱中科院古脊椎所）領銜的國際合作團隊在《自然》雜誌上發表了一項最新研究成果。研究人員報導了一種在中國發現的最早出現「喙」的原始龜類——中國始喙龜，從而為人們了解龜類演化彌補了「缺失的一環」。
特立獨行的烏龜
「龜類與其他四足動物的差異，就跟纜車和汽車的差別一樣大。」中科院古脊椎所研究員李淳說。比如，龜類的軀幹部分很短，身體被封閉的甲殼包裹，其內部骨骼也跟甲殼相癒合。它們的嘴裡沒有牙齒，而是長著像鳥一樣的角質喙。
更重要的是，在超過2億年的時間裡，龜類的這種身體模式基本沒有發生變化。這使得科學界對其早期的演化過程愈發好奇。
2008年，李淳帶領的科研團隊在貴州省關嶺地區發現了半甲齒龜的化石。那是一隻長著牙齒、只有腹甲的龜。這不僅是當時世界上最古老的龜類化石，也是唯一體現了龜甲形成過程中某種過渡狀態的標本。研究人員第一次基於化石證據，論證了龜類的腹甲先於背甲形成。在此基礎上，國際學術界對早期龜類有了全新認識。
2015年，德國2.4億年前羅氏祖龜的發現，確定了更早期的龜類頭骨上有顳孔，並且證實龜類與蜥蜴、鱷魚及恐龍等屬於同一爬行動物支系。但遺憾的是，羅氏祖龜標本極為殘破，很多關鍵特徵無法被觀察到，留下了龜類早期演化，特別是與半甲齒龜之間的重要空白。
長期以來，龜類的化石代表稀少，尤其是關於甲殼形成和牙齒消失的化石證據特別缺乏。發育生物學家、分子生物學家和古生物學家紛紛致力於龜類起源和早期演化的研究，但是成果有限，只能各說各話。
這讓龜類的演化研究陷入僵局。
2米巨龜重見天日
歐洲學者撰文發表羅氏祖龜成果的同時，李淳在籌建中的三亞海洋古生物博物館藏品裡注意到一件疑似原始龜類的化石。
他隨即帶著課題組成員，花了一年時間進行化石修復和野外調查，最終確認這是來自關嶺、產於半甲齒龜化石層位之下7.5米處的一種更加古老的龜類。
隨後，來自中科院古脊椎所、蘇格蘭國家博物館、美國菲爾德自然歷史博物館、加拿大自然博物館的學者組成的研究團隊，分析了來自世界不同地區的全部重要原始龜類化石材料，並確定了這個新標本在歷史長河中的位置。
這種名為中國始喙龜的大型史前龜長相十分奇特，集多種原始特徵、進步特徵和過渡特徵於一身。它體長超過2米，背、腹甲均未形成。同時，雖然比滿嘴長牙的半甲齒龜更加原始，卻既發育出了角質喙，同時也保留了牙齒，呈現出「牙齒退化，角質喙產生」的過渡狀態。
「中國始喙龜介於羅氏祖龜和半甲齒龜之間，在龜類早期演化中承上啟下，為龜類系統發育補上了『缺失的一環』。」李淳說。
同時，中國始喙龜的完整骨架化石保存於距今約2.28億年的三疊紀晚期海相泥灰巖中。雖然它被發現於海相地層，但其骨骼結構顯示，這種龜並非長期生活在海洋中，很可能是在海濱近岸河口地帶營水、陸兩棲生活，且有掘穴的習性。
「這是一個特別重要的發現。」《自然》雜誌特邀審稿人評論稱，「這種三疊紀的原始龜類填補了龜類演化中的重要空白，說明這種動物的早期歷史比人們此前了解的要複雜得多。」
「有希望的怪物」龜速前進
1940年，德國遺傳學家理察·戈德施密特曾提出一種理論，認為生物高級分類單元的產生或許源於胚胎發育時期巨大的突變，儘管這種突變導致產生「怪胎」並致死的風險很大，但仍可能有一些「怪胎」幸運存活下來，作為「有希望的怪物」，成功開啟物種演化的新篇章。
儘管這種備受爭議的理論已經過時，但至今仍有學者認為，這樣激進的演化方式確實適用於某些物種，例如龜類。
另一方面，基於化石觀察到的生物演化過程大致也可以分為兩種情形：一種是「漸變」，這也是達爾文理論的主要觀點，馬、象等的演化均屬此類；另一種就是「突變」，即短期內一個物種發生大的、快速的分異，表現為化石在地層中突然出現。
長期以來，龜類演化的化石記錄是「突變」的典型代表。人們不僅找不到過渡環節，其生物特徵也幾乎億萬年不變。
實際上，達爾文本人對這種現象有著近乎未卜先知的回答。他認為，這要麼是由於化石記錄不完整，要麼是由於「怪物」與單純的變異之間並沒有截然的界線。
「我國近來發現的早期龜類化石表明，支持『漸變』說的化石愈來愈多。像龜類這種『有希望的怪物』，它們的祖先並非『怪物』。」李淳說，「一些短時間內巨大到不可思議的激進變化，其實通過新化石的不斷發現，正逐步被一系列正常而連續的微小變化所取代。」
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-018-0419-1
（原載於《中國科學報》 2018-08-23 第1版 要聞)