鲸鱼的祖先(鲸的“四足”祖先你见过吗?能陆上行走 也是游泳健将)

鲸鱼的祖先
近期,一支国际合作研究团队在《当代生物学》上发文称,在秘鲁发现了4000多万年前的原始“四足鲸”化石,为鲸类从陆地到海洋的演化填上浓重一笔。
现代的鲸不仅是地球上最大的哺乳动物,其中重达180吨的蓝鲸更是地球历史上出现过的最重的动物,是当之无愧的海中霸主。然而在 5000 多万年前,鲸的祖先不过只有狼那么大,并且是在陆地上奔跑的四足动物。鲸类如何重返海洋,一直是困惑人类的生物演化谜题之一。

图:现生最大的动物——蓝鲸
本月初,一个由来自秘鲁、法国、意大利、荷兰和比利时的科研人员组成的团队宣布,在秘鲁海岸距今4260万年的海洋沉积物中发现了一种新的四足鲸类化石,将其命名为 Peregocetus pacificus,意为“抵达太平洋的旅行鲸”,让人们对鲸的进化及其向世界其他地区的迁徙分布有了新认识。相关论文发表在 4 月 4 日的《当代生物学》(Current Biology)期刊上。

Peregocetus pacificus复原图

研究人员称,这种远古四足鲸手指和脚趾尖端长有小蹄,其臀部和四肢形态都表明,它可以在陆地上行走。另一方面,科学家认为,这种远古鲸扁平的尾部和长长的且长有蹼的足部等解剖学特征表明,它也是一个游泳健将。

横跨大洋来冒险

秘鲁的这种早期四足鲸类是南亚地区之外首次发现的该类物种。那么早期鲸类动物如何跨越大洋从南亚来到南美洲?研究者对这一问题做了如下解释:

在距今4000-5000万年的始新世时期,当时两个大陆之间的距离仅为现在的一半,再加上向西的表面洋流等因素,可能共同帮助鲸类完成了这一不可思议的跨洋长途“旅行”。到达南美洲后,这种两栖鲸继续向北迁移,最终到达北美洲。

图:在秘鲁发现的四足鲸类化石

Peregocetus pacificus游泳(上)及行走(下)示意图

鲸是动物界中一种标志性的进化典范。它们从小型的有蹄哺乳动物进化成为庞大蓝鲸,这一过程一直是古生物学中的谜团之一。达尔文曾对此有过一个有趣的推测,他从一本旅行笔记中读到美洲黑熊花费数小时在水中游泳捕食,于是认为熊会在未来进化成鲸那样,越来越适应水中生活,并把这一例子写进了1859年出版的《物种起源》一书中。由于这个例子受到各方嘲讽,达尔文不得不在第二版中将其删去。

然而一百多年来,随着越来越多的原始鲸类化石的发现,人们不得不承认,海洋中游弋的霸主竟然真是来自于陆地上的小型四足动物。

今天,我们就来回顾一下演化史上这段惊心动魄的故事。

鲸类演化史:不寻常的称霸之路

经过近年来的分子生物学研究,科学家们已经确定,鲸类起源于一种小型的原始偶蹄类动物。更让人惊讶的是现生与它们关系最为密切的动物居然是河马(尽管很多科学家认同这一说法,但该观点目前尚有争议)。那么,鲸类是如何走到今天这一步的呢?

与鲸关系最密切的动物:现生河马

1、从陆地到海洋艰难的第一步

最早的鲸类化石是发现于巴基斯坦地区距今5000万年始新世早期地层中的巴基鲸,体长约2米,体重大约200千克。这种与狼差不多大小的四足动物,埋伏在由于印度板块向亚欧版不断迫近而形成的大面积浅滩里,捕食者水中的鱼类。它的四肢和骨盆结构显示其仍然可以在陆上奔跑甚至跳跃,但是其耳中已经发育出原始鲸类特有的听力系统——耳泡。

最早的鲸类——巴基鲸复原图

200万年之后,3米长的游走鲸躯干开始变得更加修长,四肢被挤到了身体的两侧,强有力的后肢和趾间形成的脚蹼,加上扁平的尾巴,使得它们可以在水中更加快速的游动。强壮的骨盆也保证了游走鲸可以在陆上自由地活动。通过分析骨骼氧同位素的比例,我们得知游走鲸能同时适应海水和淡水。古生物学家认为游走鲸处于现代鲸类和它们的陆栖祖先之间的过渡阶段,鲸类完成了从陆地到海洋艰难的第一步。

游走鲸复原图

距今4700万年前,罗德侯鲸已经能够适应长时间在水里生活了。缩小的后肢、愈合的骨盆以及松散的荐椎,使得罗德侯鲸在水中可以更好地运动身躯和尾巴,利用后肢划水、尾巴推进的方式前进。同时特殊的肾功能可以过滤多余的盐分,这意味着罗德侯鲸可以直接饮用海水而无需上岸寻找淡水生存。从此,鲸类正式告别了陆地,开始了驰骋海洋的历险。

罗德侯鲸复原图

2、游弋沧海称霸四方

4000万年前,罗德侯鲸科演化出了两大类群,较小的矛齿鲸体长5米,以鱼类和乌贼为主要食物。体态修长的古蜥鲸(龙王鲸)可以长到15米,以捕猎包括中小型鲨鱼、矛齿鲸等大型猎物为食。在它的身上还能发现四足祖先的印迹,一对仅有十几厘米长的“迷你”后肢,其主要用途可能是交配时做连接工具。

矛齿鲸复原图

古蜥鲸(龙王鲸)复原图

3300万年前,现代鲸类的两大支系——须鲸类和齿鲸类第一次出现在海洋当中。起初一段时间它们的体型较小,还不是当时海洋中的霸主巨齿鲨的对手,但是随着时间的推移,1300万年前,史上最凶猛的哺乳动物猎食者登场了,它就是身长20米的梅尔维尔鲸。这种现生抹香鲸(齿鲸类)的近亲,拥有着36厘米长的历上最强的牙齿,敢于同巨齿鲨展开激烈争夺。

梅尔维尔鲸捕食须鲸

400万年前,随着气候的变冷等因素的影响,梅尔维尔鲸和巨齿鲨都相继灭绝。现生的齿鲸类和须鲸类体型开始变得越来越大,演化成了包括海豚、江豚、虎鲸、座头鲸、蓝鲸在内的85种现生鲸类。历经5000万年,鲸类最终登上了海中霸主的宝座。

现生须鲸代表——座头鲸

现生齿鲸代表——宽吻海豚

四足鲸化石:为鲸类演化填上浓重一笔

虽然,近些年来大量鲸类化石的发现,让我们对这个庞大而神秘物种的历史有了新的认识。然而由于化石记录的不完整,很多鲸类演化过程中关键的问题还没有确切的答案,比如,早期的鲸类是如何凭借并不出众的游泳技术,遨游沧海、占领大洋的?

本次在秘鲁地区发现的这种远古四足鲸或许能够给出答案。从身体结构和生活的年代上,它与南亚发现的游走鲸较为相似,属于鲸类早期适应海洋生活的“拓荒者”。研究报告作者之一、比利时皇家自然科学博物馆科学家奥利维耶.朗贝尔博士说:“这是迄今为止在印度和巴基斯坦以外发现的最完整的四足鲸标本。”这一发现向人们证明,原始鲸类依靠着顽强的探索精神弥补了“笨拙”的泳姿,完成了其冲出亚非,游向世界的壮举。同时也为海洋霸主家族的历史填上了浓重的一笔。

最后,让我们再来欣赏一下原始鲸们“矫健”的泳姿。

巴基鲸游泳复原图(5000多万年前)

游走鲸游泳复原图(4000多万年前)
作者 | 刘森 辽宁古生物博物馆展览部主任
审稿 | 梁飞 沈阳师范大学古生物学院副教授
责编 | 高佩雯
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