我們竟然都是蜥蜴人?談從「爬行」到哺乳的進化:哺乳型動物

2020-12-14 動物志

文/語語

提到中生代,我們腦海裡總能想像出一幅爬行動物欣欣向榮的場景,天上飛的翼龍,地上跑的恐龍,海裡遊的魚龍、蛇頸龍和滄龍,潛伏於河湖中的鱷魚……地球這個美麗而又寬廣的舞臺擠滿了爬行家族各大成員,似乎已經沒有我們哺乳動物的位置了。

恐龍支配下的哺乳動物

然而,出乎我們意料的是,中生代的哺乳動物並不單調,它們的多樣性超乎我們的想像。要想了解這些中生代的老前輩們,我們先從哺乳動物的開端——哺乳型類開始。

什麼是哺乳型類呢?顧名思義,哺乳型動物,就是已經具備了哺乳動物的結構,但還不是真正的哺乳動物。哺乳動物最基本的解剖結構,被認為是下頜只有齒骨一塊骨頭,而且下頜與顱骨通過齒骨—鱗骨關節連接。而爬行動物下頜都是由多塊骨頭組成的,下頜與顱骨通過關節骨—方骨相連。大家可以摸一摸,我們的下巴骨頭是一整塊,而爬行動物下巴有好幾塊骨頭,吞咽的時候還可以左右拆開(比如蛇)。

一些分類專家認為,真正的哺乳動物僅包含「冠群」,即現存所有哺乳動物的最晚共同祖先,及該祖先的所有後裔。根據該定義,最原始的哺乳動物就是單孔類(鴨嘴獸)。而有些化石類群,雖不屬於哺乳類冠群,但已經具備了單一下頜骨,我們就將它們稱之為哺乳型類。因此,哺乳型類是哺乳動物祖先向真正哺乳動物演化過程中的過渡類群。

哺乳型類系統發育圖:紅框為哺乳型類,藍框為真哺乳動物

最早的哺乳型類

哺乳動物的祖先是合弓動物。合弓動物,過去被作為爬行動物的一個類群,稱為似哺乳爬行動物,因為傳統的演化分類學派認為,它們在形態結構上更像爬行動物,即仍然處在「爬行動物」這個演化階段。

然而,現代系統分類學派考慮到合弓類與現存爬行動物親緣關係很遠,而與哺乳動物構成了一個演化支,因此將它們排除在爬行類範圍之外。合弓動物,實際上是具有爬行特徵的哺乳先祖。

早期文獻中歸納的哺乳類與爬行類的一些區別,圖中所示爬行類其實是合弓類

合弓類曾經是二疊紀的陸地霸主,但二疊紀末大滅絕使得合弓帝國土崩瓦解,爬行動物趁機崛起並迅速佔領了地球,而合弓類殘存的犬齒獸類則被迫轉移地下,昔日皇族之後成了底層賤民。

就在三疊紀晚期,犬齒獸演化出最早的一批哺乳型類動物,有隱王獸、摩根齒獸、大帶齒獸和中國尖齒獸。它們的繁殖方式依舊是產卵,雖然已經可以對後代進行哺乳,但是這種哺乳方式很原始,母獸沒有發達的乳腺,只能從汗腺分泌出乳汁,幼獸們只好用舌頭舔舐母親身上流出的乳汁。

羊膜動物演化樹:圖示爬行類與合弓類的區別,以及我們祖先是如何一步步從大蜥蜴模樣,變成今天這個樣子的

此時的哺乳型類為了躲避敵害,屈居地下洞穴;為了減少與其他動物的競爭,選擇了夜晚行動,尋覓昆蟲為食。正因如此,哺乳型類的夜視能力越來越強,而色覺則越來越弱。哪怕到了今天,除了以我們人類為代表的靈長類,許多哺乳動物都是紅綠色盲甚至只有黑白視覺。

在夜間活動,視覺的作用有限,聽覺就顯得尤為重要。因此,哺乳動物加強了聽覺器官。合弓動物與爬行動物一樣,每邊只有一個聽小骨,而哺乳動物有三個。每邊多出的兩塊聽小骨是從哪裡來的呢?

前面我們講過了,哺乳類最關鍵特徵,是齒骨—鱗骨組成的下頜關節,取代其祖先合弓類及現生爬行類的關節骨—方骨關節。在合弓類向哺乳類演化過程中,方骨和關節骨沒有用處了,就漸漸退化,並逐步往耳部方向移動,最終演化成聽小骨的一部分。

這一變化就是從哺乳型類開始的。不過,原始哺乳型類的關節骨—方骨關節仍有殘存,後來的哺乳動物則完全消失,這兩塊骨頭與下頜徹底分離,轉移到中耳去了。

哺乳類和爬行類耳區對比

我們就以摩根齒獸為例,剖析下早期哺乳型類的特徵。摩根齒獸生活在三疊紀時期的英國地區。與大帶齒獸同屬摩根齒獸目,以昆蟲為食,相比二疊紀的合弓動物,摩根齒獸已經擁有了更明顯的齒式分化,這是哺乳動物的特徵。我們知道,爬行動物的牙齒沒有分化,所有牙齒都是一個形狀。摩根齒獸用前面的犬齒捕捉和殺死獵物,然後依靠後排擁有三個齒尖的頰齒粉碎食物。

摩根齒獸的牙齒已經能進行咬合,但是與今天哺乳類利用下頜上下運動進行咀嚼不同,摩根齒獸是通過下頜前後移動進行咀嚼的。

此外,摩根齒獸已擁有完全發育的次生顎。次生顎是舌頭上方的骨質硬顎(我們也有,伸一伸舌頭就可以舔到),作用是將鼻腔和口腔隔離,使哺乳動物能可以到邊咀嚼邊呼吸。這個結構對不咀嚼的爬行動物是可有可無的,對哺乳動物則是必需的。

摩根齒獸的牙齒

摩根齒獸的犬齒仍舊可以多次替換,而後側的頰齒已經與現在的哺乳動物一樣,一生只換一次牙(乳牙換恆牙)。而同時期,更為原始的中國尖齒獸則依舊是一生多次換牙,就像今天的爬行動物。

摩根齒獸的腹肋已經退化,給腰椎提供了更多上下活動的空間,讓它們可以靈活地在各種縫隙中自由穿梭。同時,它們具有修長的四肢,後肢已經具備了哺乳類的特徵,呈現出直立的步態,使它們可以快速奔跑,幫助它們追逐獵物、躲避天敵,但前肢仍舊保留著原始的爬行姿勢。

由於夜行和穴居的特點,摩根齒獸的體型一直呈現小型化的趨勢演化,因此可能是有限生長的。此外根據一些解剖學的分析,我們可以得知這種動物具有內熱性,因此代謝率高,屬於恆溫動物。這些都被認為是哺乳類的特徵。

摩根齒獸復原圖

走進侏羅紀

在三疊紀末,再次發生了一場大滅絕,鱷魚的遠親勞氏鱷衰敗了,與哺乳動物一起在底層苦苦掙扎的恐龍崛起,開創了地質史上著名的恐龍時代。而早期哺乳型類則出現了更為進步的賊獸、柱齒獸和巨顱獸。

1.賊獸

賊獸的臼齒都有2列縱向排列的齒尖列,上下臼齒相互咬合。具有初步的研磨功能,與現生哺乳類的磨楔式臼齒有些類似。科學家推斷,賊獸是哺乳型類最早的素食者,以植物的種子、葉子為食。

這個類群最著名的是巨齒獸。巨齒獸樣似松鼠,生活在地面,後腿有用於防禦用的毒刺。而相對更小的神獸、仙獸則轉移到了樹上生活,前肢具有抓握功能,以樹葉和銀杏為食,扮演著侏羅紀時候的狐猴生態位。

陸氏神獸(上)和宋氏仙獸(下),趙闖

在侏羅紀後期,出現了一批哺乳型類最早的空中探險者:阿霍氏樹賊獸。這是一種生活在1.6億年前的樹棲哺乳型類,四肢纖細修長,趾骨十分靈活,具有抓握的能力,可見這是一個十分擅長攀爬的小傢伙。

而在樹賊獸的四肢與尾巴之間擁有一張巨大的皮膜,表明這個物種具有著較強的滑翔能力。我們可以想像這是一個不斷在樹叢間進行穿越捕捉昆蟲、採集銀杏的精靈,遇到危險的天敵甚至會往空中一躍,滑翔數十米甚至百米,躲避到遠處的大樹上,像極了今天的鼯鼠和蜜袋鼯。

金氏樹賊獸,趙闖

此外,樹賊獸的中耳區已經形成了比較完整的三塊聽小骨結構,兩塊新的聽小骨開始與下頜呈現分離,這是賊獸相對摩根齒獸更為進步的一個特徵。但是與現生哺乳動物不同的是,樹賊獸支撐鼓膜的骨骼有兩塊,而現生哺乳動物只有一塊,科學家們推測這可能與新的頜關節形成和咀嚼的進步有著巨大關係。

2.柱齒獸

而後則是更先進的柱齒獸類。柱齒獸的身體結構更接近哺乳動物,且臼齒上的齒尖不再像之前的哺乳型類那樣呈直線排列,而是由一個齒尖前後各自附著一個小齒尖,成等腰三角形。這種牙齒是後世磨楔式臼齒的雛形,其工作原理是上臼齒的齒尖與下臼齒的凹槽相互契合,從而起到切斷、研磨食物的作用。

柱齒獸的牙齒

正是這種複雜的牙齒,可以讓哺乳動物輕鬆處理各種不同的食物,從而為哺乳動物的多樣演化提供了可能性。但是柱齒獸的臼齒仍舊比較原始,齒尖契合程度比不上現生哺乳動物。

葡萄牙的哈爾丹獸是一種地棲的柱齒獸,擁有著短小的後肢和發達的前臂,善於挖掘、打洞,耳部具備了彎曲的耳蝸管,說明哺乳型類的耳朵正在進一步發展完善。

靈巧柱齒獸擁有著修長、呈弧形的腳趾,踝關節十分靈活,善於轉動,這是擅長攀爬的特徵。嘴裡擁有著鏟狀的門牙,十分類似於今天一些以樹汁為食的靈長類的特徵,因此科學家推斷,這是一種依靠爪子劃破樹皮、吮吸樹汁的動物。

靈巧柱齒獸(上)和挖掘柱齒獸(下)

挖掘柱齒獸的腳趾則呈現縮短的趨勢,甚至退化掉了一些趾節,腳掌寬大、扁平、修長,前肢強壯,頭顱則較為狹長,與靈巧柱齒獸截然不同,這可能是一種善於挖掘的動物,在地底下生活。

最特別的物種當屬獺形狸尾獸,這是一種外形像水獺、卻長有河狸一樣扁平尾巴的動物,腳有蹼,腳踝處還有防禦用的毒刺,尖銳的牙齒向內彎曲,並成直線排列。這個像鴨嘴獸、水獺、河狸合體的怪胎,說明它是一種擅長遊泳與挖掘,並且愛吃魚的動物。這些化石表明了中生代的哺乳型類其實也是朝著多樣化發展。

獺形狸尾獸復原圖

微小柱齒獸身上則又擁有著哺乳動物進化的又一重要特徵,相對於合弓類和現生爬行動物的棒狀舌骨,微小柱齒獸在咽喉處長了鞍狀舌骨,可以連接周圍更多的肌肉,有助於提高咀嚼、傳輸與吞咽的效率。配合擁有齒尖、齒脊的寬大臼齒,微小柱齒獸可以高效地處理美味的昆蟲。

此外,鞍狀舌骨上也擁有著更多關節,可以使舌頭更加靈活地運動。因此科學家推斷,微小柱齒獸已經告別了早期哺乳型類用舌頭舔舐母乳的生活方式,可以吮吸母體身上美味的乳汁。

3.巨顱獸

演化樹上更進一步的巨顱獸,體長僅有3釐米,卻擁有著與身體不成比例的巨大腦袋,因此它是一種比較聰明的動物,可以處理更多複雜的信息。同時聽小骨與下頜分離,中耳區開始形成,耳蝸結構也比柱齒獸更為進步。一系列的解剖學特徵表明,巨顱獸處於柱齒獸與真正的哺乳動物之間,哺乳型類邁進哺乳動物僅有一步之遙了。

巨顱獸,僅重2克

正是這些體型弱小、微不足道的哺乳型類祖先,曝霜露、斬荊棘,在幽暗的地穴和險峻的樹冠層裡苦苦尋覓出路,躲過天敵的一次次捕殺,艱難地把合弓類的香火傳承至今。當我們曬著燦爛的陽光、飲用甘甜的泉水、呼吸新鮮的氧氣、聞著芳香的花朵、品嘗美味的水果的時候,儼然一副地球霸主的姿態,可曾想過我們的祖先在暗無天日的時光裡惶惶不可終日?

如果有一天深夜萬籟俱寂之時,你夢見了哥斯拉,請不要驚訝,因為你的基因此時再度回想起了當年一度被恐龍支配的恐懼,以及被囚禁在地底樹洞裡的那份屈辱。

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