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都说鳄鱼是完美生物,为什么哺乳动物没能“抄”成?

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“鳄形”外观,或者说“鳄化”,被不少研究者视作很多脊椎动物适应淡水两栖环境的最优解。放眼地球漫长的生命演化历程,多个毫无亲缘关系的类群在不同时期各自独立演化出相似的鳄形特征,这也让“鳄鱼形态”成为生物学上研究平行演化现象的经典案例。


先看那些“像鳄鱼但不是鳄鱼”的动物。离片椎目、离龙目和植龙目都在不同时期平行演化出类似形态,其中植龙目在整个蜥形纲中也早于鳄类演化出类似外观。即便把范围限定到合弓纲和不属于羊膜动物的两栖类中,多样性同样让人惊叹。

酷拉螈是生存年代最晚的大型非滑体类离片椎类,在白垩纪的南极洲和邻近的澳大利亚都有分布。凭借对高纬度高冷地区的适应能力,它们一度在极地地区填补了鳄类的生态位真空,成为当地淡水环境的顶级捕食者,这也是离片椎类最后的辉煌。

哺乳类这边的情况不太一样。由于自身的高代谢率,想要像鳄类那样持之以恒地长久占据淡水生态位变得不可能,因此哺乳类版的“鳄鱼”更像是一个过渡阶段的产物。而离片椎类版的“鳄鱼”虽然出现时间更早、也更能抗冻,但与羊膜类更为先进衍化的身体硬件相比,最终被取而代之也是意料之中的事情。

“鳄形形态”再次印证了一个物种演化真理:一种生理结构特征如果能完美适应所处环境的选择压力,那么该特征就会在占据相同生态位的不同物种身上反复、多次地出现。

在现存栖息于淡水环境的哺乳类中,既有以水獭为代表的食鱼性小型食肉目,也有像河狸这样能自行建造“堤坝”改善环境的啮齿目,更有河马这样能与鳄鱼同居一片水域却相安无事的偶蹄目,甚至在亚马逊河、恒河、拉普拉塔河、长江这样的河流中也能见到各种淡水豚类。

但要说完全有哪一种半水生哺乳动物可以像鳄类这样,日常大部分时间都在水中潜伏狩猎、仅在繁殖和休憩时才待在水岸边,那么还真没有能够完全对应的竞争选手。

自从鳄目从三叠纪的前辈植龙目手中接过“淡水王者桂冠”至今,一路也曾面临诸多挑战者发起的冲击,但最终它们都无法撼动鳄类对这一生态位的绝对统治地位。即便是各方面都高度趋同鳄类、以鳄龙为代表的大型离龙目,虽然也同鳄鱼一样幸运地躲过了白垩纪末期的K-Pg灭绝事件,最后还是在风平浪静的新生代无奈走向沉寂。

合弓纲阵营这边同样有物种曾试图染指这个被鳄类长期统治的淡水王国,它们被戏称为“哺乳类版鳄鱼”,在淡水和浅海地带的水陆之间都能看到它们来去自由的身影,它就是走鲸。

走鲸(Ambulocetus)又名“陆行鲸”“游走鲸”,属名直译过来就是“行走的鲸鱼”。这种生活在距今约4780~4130万年前的原始鲸类,与今天完全适应水生环境的鱼型化鲸类有着显著不同。正如其名字所描述的那样,它们依旧保留有在陆地行走的能力,整体看上去仿佛是鳄鱼和水獭的杂交产物,而它所在的陆行鲸科代表了鲸类演化过程中一个相当特殊的过渡阶段。

由于同时具有在陆地行走和在水中潜游的能力,古生物学家通过研究走鲸的生理结构和习性,揭示出鲸类是如何一步步从典型的陆生偶蹄目,演变为拥有流线型身躯的水生哺乳动物。

根据正模标本复原后的推测数据,一只成年走鲸身长估计能达到3米、体重大致在141~235kg之间,最大体重甚至接近720kg,基本上与一头现存雄性海狮旗鼓相当。这个体型即便放在众多鳄鱼家族中,也算是相当大的存在。论尺寸,它也远超巴基鲸这样原始的早期鲸类成员。从它们身上可以看到,鲸类的大型化趋势来得非常迅猛,在尚处于水陆两栖过渡阶段时就出现了体型的增大。

走鲸的运动模式可能最接近现代的水獭,它们将整个躯干作为助推器进行波浪式的上下摆动,从而将产生的动能配合尾部的推进作用,共同实现水下高速运动。

在捕食行为和习性上,走鲸作为“哺乳类版本的鳄鱼”,将鳄鱼的那一套狩猎本领模仿得淋漓尽致。它们通常会静静地埋伏在靠近岸边的浅水地带,等待前来水边喝水或觅食的动物,锁定目标之后出其不意地发动突袭,一口咬住猎物后将其拽入水中吞食。尽管还没有演化出现代鲸类那种成熟的弯月型对称尾叶,但它们尾部发达的肌肉依旧能提供不小的助推力。

研究人员通过分析走鲸的牙齿沉积物质发现:它们不仅广泛活跃于淡水水域,同时还能在河流入海口附近的冲积三角洲和浅海地带出没,这表明早期鲸类经历了一个从淡水到海水、从水陆两栖到完全水生的递进演化模式。

从头部形态来看,走鲸修长的吻部很像鳄类,不过又具有许多与水獭相似的牙齿特征和胡须等感知器官。和绝大多数“下海”的哺乳类一样,走鲸的外耳廓也已消失不见,同样的特征也见于鳍足类、海牛目等其他海生哺乳类。因此古生物学家推测,当走鲸在陆地活动时,可能会借助将头贴近地面的方式来感受振动,并以此确定声音来源方位。

作为一种能够在淡水和海洋两种差异巨大的水域环境自由穿梭的水陆两栖鲸类,走鲸身上也适应性地演化出一系列配套特征:

  • 修长的吻部前端有用于感知水流震动的胡须;
  • 双眼从头部两侧移到了相对靠近颅骨上端的位置,基本上与河马的眼眶位置差不多高,这一特征说明走鲸的视线更方便其身体隐藏在水下时观测水面之上的动静,从而在不被猎物发现的情况下发动偷袭;
  • 耳骨结构也和现代鲸鱼十分相似,能帮助它们在水下游泳时接收到来自水的声波;
  • 为了捕食体表光滑的鱼类,牙齿形态也从陆生哺乳类典型的异型齿转变为单一齿型的同型齿。

比起现代鲸类后代,走鲸反而与高度适应淡水两栖环境的鳄鱼之间有更多惊人的趋同演化特征:狭长的吻部、尖锥状的牙齿、强壮的下颌收肌、高速爆发力,让它们成为不输鳄鱼的偷袭能手。走鲸能在很短的时间内瞬间将猎物咬住,然后再拖入水中溺死;如果猎物太大,它还可以配合身体的剧烈甩动进行撕扯,虽然做不到鳄鱼那样的“死亡翻滚”,但也能在很短的时间内将大个头的猎物拿下。

对于那些生存在始新世巴基斯坦的陆地动物,即便只是来到湖岸边喝口水也依旧得加倍当心,因为那看似平静的水面下不仅隐藏着真正的鳄鱼,还有走鲸这样的“哺乳类版鳄鱼”在虎视眈眈。

走鲸的前肢比后肢更短且保留有完整的五指,而较长的后肢则仅有四根趾头;粗壮结实的臂骨也显示出,走鲸虽已相当适应水生环境,但它们的游泳速度和耐力都并不高。再加上骨盆仍然与脊椎骨相连,它们的后肢依旧保留有一定的陆地运动能力,因此鳄类这样的伏击策略才是节能和高效的捕食方式。而类似现代鲸类那样依靠高速追击捕食的能力,得等到完全适应远洋巡游的鲸类出现才能实现。

一旦回到陆地,它们就远没有在水下那么如鱼得水,只能像海狮等鳍足类那样在地面缓慢移动,因为它们的骨骼结构和四肢已不足以支撑走鲸在陆地快速运动时的自身体重负荷。

从走鲸身上,可以看到鲸类四肢经历了一个从保留有完整趾头的带蹼四肢向指骨愈合形成的鳍状肢转变的清晰路线图:随着更后期鲸类的身体越来越流线型并演化出发达的尾叶状尾鳍,后肢作为辅助的功能变得越来越鸡肋,最终完全消失,只剩下一截不与脊椎骨相连的孱弱骨盆作为痕迹器官遗留在体内。

目前发现的许多走鲸化石都来自靠近海岸线的近海沉积物地层,这表明走鲸已开始从淡水向浅海生态位进发。这种从外观到习性都高度酷似鳄鱼的半水生鲸类,只不过是鲸类演化历程中的一个插曲,因为它们的征途终点是更为广阔的海洋。

尽管走鲸已经是整个合弓纲演化支里将鳄鱼形态模仿到极致的代表,但它们作为典型哺乳动物所具备的一些生理特征,在淡水环境中反而成为了某种桎梏。在陆地上,更高的新陈代谢和心肺速率让哺乳类能够在与各种陆鳄类的竞争中胜出;但在需要长时间蛰伏、低能耗的淡水环境中,更低的代谢就意味着更少的能量消耗。所以即便两者在形态上高度相似,鳄类最终经受住考验得以胜出,时至今日它们依旧是淡水王国唯一的统治者。

而鲸类很快就越过了走鲸所在的水陆两栖过渡阶段,一头扎进了更为广阔且食物资源更充沛的海洋,最终崛起为新一代的海生羊膜类霸主,也为合弓纲开辟出一个前所未有的崭新生态位。

如果真要讨论谁才是“鳄鱼形态”这一万能演化模板的开创者,离片椎类或许才是这一生态位的真正开山鼻祖。锯齿螈(Prionosuchus)是一种已灭绝的大型离片椎目成员,生存年代是距今约2.99~2.72亿年前的早二叠世,彼时羊膜类两大阵营之间的“龙兽争霸战”还未见端倪,各种离片椎目才是陆生脊椎动物的中流砥柱。

正模标本出土自现今南美洲的巴西东北部地区,推测成年后的体长最大甚至可达到5米以上。修长的颅骨、尖锐锋利的牙齿,揭示出它们具有和后来鳄类高度相似的习性和运动模式。在差不多3亿年前的古生代,此时距离真正意义上的鳄类出现还有亿万年的时间尺度,因此锯齿螈就成为了这一时期当之无愧的“初代”淡水霸主。

迄今为止发现的最大的锯齿螈化石是一具破碎的不完整标本,仅头骨长度估算就有惊人的1.6米。结合现存大型滑体两栖动物的生长速率和发育模式推测,该个体完全成年后的体长甚至能超过5.5~6米。毕竟二叠纪早期的羊膜类动物还在起步阶段,距离真正的大型化尚需时日。以锯齿螈为代表的离片椎类凭借先发优势成功开启了体型增大的演化路线,顺势崛起为脊椎动物中第一代淡水环境的顶级捕食者。

从修长结实的吻部、大量锋利的牙齿、短腿和粗壮的长尾巴等特征不难看出,锯齿螈活脱脱就是一个“离片椎类版的食鱼鳄”,那些后续占据类似生态位的植龙、鳄类和离龙,都不过是在复制它们走过的路而已。

作为锯齿螈的近缘物种,先驱螈保留下了更多更完整的化石。一项针对先驱螈类的最新研究结果发现:体型庞大的锯齿螈在代谢率和生长速率上更接近鱼类而非现代两栖动物。也就是说,现代滑体两栖类动物的发育生长速率是自己独立演化的产物,而非直接继承于离片椎类祖先。

先驱螈科是离片椎目下的一个科,大部分成员繁盛于二叠纪时期,最有名的代表物种就是锯齿螈属。由于内部差异和多样性较大,先驱螈科得以迅速抢占二叠纪淡水环境的各个生态位,成为最成功的一类离片椎目动物。与后来的鳄目一样,该科的各个类群为适应不同的捕食需求和环境,分化出了差异明显的两种形态:有着长吻部的平面螈亚科,和吻部较短的獾螈亚科。

随着对淡水生态位的分化适应,许多离片椎类成员都开始出现不同程度的“鳄化”现象:脊骨逐渐弱化、四肢变得更为短粗、颅骨演变得扁平而修长、眼睛的位置也越来越靠上。在锯齿螈销声匿迹之后的二叠纪晚期,以短头鲵科为代表的大型离片椎类接过步伐,成为新一代的淡水统治者,一路从晚二叠纪繁盛到早三叠纪,直到新的继任者出现。

离片椎类的统治地位最终还是无可避免地遭到严峻挑战,攻擂者来自各方面都更为先进的主龙类。进入中生代之后的三叠纪,以植龙目为代表的新一代“鳄形捕食者”异军突起,无论从各项生理机能还是大型化潜力来看,作为羊膜类动物的植龙目对离片椎目都有着几乎是压倒性的优势。

发生在三叠纪末期和侏罗纪早期之交的灭绝事件,不仅让龙兽争霸赛的局势发生根本性逆转,同时也重创了除滑体两栖类之外的绝大多数离片椎类成员。在被植龙目抢占了原有优势生态位之后,紧随其后的三叠纪~侏罗纪灭绝事件又把残存的大型离片椎目几乎一锅端,仅剩下短头鲵科和小嘴螈科两个支系在冈瓦纳大陆苟活。但即便在植龙和鳄类的双重夹击下,依旧有一些大型离片椎类挣扎求生,延续到白垩纪的阿普第期才灭绝。

走鲸代表的“哺乳类版鳄鱼”,是鲸类从陆生向完全水生化方向演化过程中的一个过渡节点。由于哺乳类更高的代谢活动,无论是陆行鲸类还是现代的水獭,都无法做到像低代谢的鳄类那样长久潜伏于水面之下。锯齿螈则代表了早期非羊膜类脊椎动物对淡水生态位的尝试,它们率先成为初代“鳄型捕食者”并开创了前所未有的巅峰,证明了“鳄化形态”是适应淡水环境的最优解。

只不过因为各种机缘巧合,最终只有鳄类将对淡水生态位的统治地位延续至今,并且在保住这个“基本盘大本营”的同时,还积极向陆地和海洋探索更广阔的空间。即便陆鳄类和海鳄类所占据的生态位最后都归于沉寂,但只要鳄目对淡水环境的绝对性优势还存在,它们就不必担心种群的存续。

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