2016年9月26日 星期一

鐵頭演化史

演化是一段生命與環境彼此交織的史詩。

雖然人們總是經常誤會,但是其實演化是不具有方向性的。因為你永遠不知道,在下一個兩百萬年你的雙手是不是會比翅膀更有用;許多生命脫離水中生活來到陸地,當中更有不少又重返海洋的擁抱。很多現生動物身上可以發現的獨特構造,也早已出現過、然後也許又在這個過程中丟失了好多次。凡舉硬殼、尖牙、銳爪、毛皮、飛行以及獨特的裝飾物,總是不斷地在過去幾億年的時間長河中出現在各種不同的動物身上。

在1930至40年代之間,美國公共事業振興署(Works Progress Administration, WPA)底下的營建小組在德州西部一個距今約2億3000萬年的地層中發現了一個形狀怪異的不明物體,後來這個物體很快地被送往德州大學奧斯汀分校存放。

直到現在,這個封存在岩層中的怪異物體才被古生物學家蜜雪兒史塔克(Michelle Stocker)與他的同事研究與描述。
史塔克(Michelle Stocker)與岩層中的未知物體。Credit: Virginia Tech.

這個奇怪的不明物體是某種動物頭蓋骨的一部分,並保存有一部分的腦殼。頭頂上方有個孔洞,這個構造被稱之為「顱頂眼」(parietal eye)或松果眼。某些動物可藉由這個構造來感知外界的光線變化與季節轉變,藉此調整身上的激素分泌,許多兩棲爬行動物上仍能在頭頂上找到這個構造。

史塔克與她的研究團隊根據這個構造將這種動物命名為「始三視孔獸」(Triopticus primus),屬名取自拉丁文「tri」與「optic」為三個視眼,種小名源自初始之意。

始三視孔獸是一種存活於三疊紀時期的主龍形類(Archosauriformes),是恐龍的近親。在三疊紀時期,他們與早期的恐龍並存於地表上,且具有高度的多樣性。

始三視孔獸最有趣的莫過於牠那厚重呈圓頂狀的頭頂,這個構造像極了那些生存於白堊紀末期的厚頭龍亞目(Pachycephalosauria)恐龍。過去一直以來,許多科學家都認為那是恐龍才獨有的性狀,但顯然早在距今約2億2500萬年的三疊紀時期,另一種與恐龍相對親緣關係較遠的動物已經出現過了。

為了瞭解三視孔獸的頭部結構與厚頭龍亞目恐龍的相似性,研究團隊還利用的電腦斷層掃描技術(Computed Tomography, CT)重建了三視孔獸的腦部結構。這項技術雖然已經普遍的使用在古生物學的研究上,但更多的時候是作為醫療用途的使用。結果顯示,三視孔獸與厚頭龍亞目恐龍不僅骨骼結構類似,連腦部的構造都頗為相似!
想像中的三視孔獸(Triopticus)復原圖。Credit: Julio Lacerda.

因為缺乏化石證據,科學家對於三視孔獸的身體結構了解有限。除了頭蓋骨以外,其他部分的身體化石皆已經遺失,只能再回到田野去挖掘其他的化石,或重新檢視那些存放在德州大學奧斯汀分校內的石膏封膜中找尋剩下的遺骸。根據頭蓋骨的尺寸推估,理論上始三視孔獸的體型大小應該不會大於現存的美洲短吻鱷。

研究團隊發現,三疊紀時期的動物相與後來恐龍的發展具有高度的相似性。雖然這些動物在三疊紀末期的大滅絕中消失,但你幾乎能夠在之後恐龍演化的過程中找到相對應的物種。例如:具有厚重骨板的堅蜥(Aetosaur)與白堊紀的甲龍類(Ankylosaur)、能夠直立行走的勞氏鱷(Rauisuchid)與大型掠食性的獸腳類(Theropods)、還有一種能夠以二足快速移動的蘇牟龍(Shuvosaurid),他們是鑲嵌踝類主龍(Crurotarsi)的一支,生態棲位相當接近那些似鳥龍類(Ornithomimosaur)恐龍。
三疊紀時期與大滅絕後的動物相比較,可以看到類似功能的性狀不斷出現在不同類群的動物身上。Credit: M.R. Stocker et al. 2016.

這樣的現象被稱之為「趨同演化」,顯示不同種類的生物,在面臨相似的環境時會出現類似同樣功能的器官。而始三視孔獸的發現則證明了,只要這樣的性狀在因應環境上是有效的,那他就有可能不斷重複的出現。正如同時尚流行的經典款式總是不會退流行!


References:

Michelle R. Stocker et al. 2016. A Dome-Headed Stem Archosaur Exemplifies Convergence among Dinosaurs and Their Distant Relatives. Current Biology 26: 1-7; doi: 10.1016/j.cub.2016.07.066.

沒有留言:

張貼留言