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在漁業領域,有一種生物“惡名遠揚”。恐怖片《血湖》中的吸血惡魔就是以它為原型創作的。
它有著一張酷似吸盤的圓形大嘴,嘴中密密麻麻的鋒利角質齒讓人望而生畏。它們最令人驚悚的捕食行為是將吸盤緊緊吸附在其他魚類身上,大口吸血,直至獵物被折磨得孱弱不堪,甚至斃命。“水下吸血鬼”的稱號也由此而來。
這種生物就是七鰓鰻,世界上僅存的兩類無頜脊椎動物之一。它的歷史記錄有3.6億年之久,跨越了數次生物大滅絕,但其形態看似沒什么變化,是著名的“活化石”。
由于七鰓鰻的化石記錄非常稀少,大家對于它的演化進程知之甚少。近日,中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員吳飛翔、張馳和法國自然歷史博物館教授Philippe Janvier在侏羅紀時期的七鰓鰻化石中發現了新的線索,相關成果發表于《自然-通訊》。
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燕遼鰻復原圖。擬石科技制作
它讓人又愛又恨
從外形來看,七鰓鰻酷似鰻魚,身體細長,表皮裸露無鱗,背上有一個小小的背鰭,尾鰭前部縱高,向后延伸并環繞身體末端,頭頂兩眼之間有一個單開的鼻孔,眼后身體兩側各有7個鰓孔,這是它被稱為“七鰓鰻”的原因。七鰓鰻雖然被視為“嗜血怪物”,面目可怖,但在中世紀皇室貴族們的餐桌上,它卻是一道從不缺席的佳肴。因為它含有豐富的脂肪、蛋白質以及維生素A,營養很豐富。
英格蘭國王亨利一世曾以貪吃七鰓鰻而聞名。查爾斯·狄更斯在他的小說《一個孩子的英國歷史》中描述過,67歲的亨利一世在諾曼底巡視期間,因為不顧醫生勸誡“過量食用七鰓鰻”,最后死于消化不良和發燒。
隨著食物種類越來越豐富,七鰓鰻不再作為“美食”存在,卻因其驚人的繁殖、擴散能力和取食習性而成為了危害極大的入侵物種。19世紀末,海七鰓鰻通過大西洋航運運河進入五大湖區,在此后半個多世紀,它們幾乎讓當地的漁業資源陷于崩潰。
海七鰓鰻是現存40多種七鰓鰻中個頭最大的,長度可超1米。被它吸血的本土魚類死亡率為 40% 至 60%,即使活下來,瘡口也很難愈合。
后來,美國和加拿大還成立了一個名為五大湖漁業委員會的組織,目的就是捕殺海七鰓鰻,控制它們的繁殖數量。
毫無疑問,從歷史到現實,七鰓鰻是一種演化極為成功的無頜脊椎動物。
“變態”發育的證據
不過,由于七鰓鰻的身體中缺少硬骨,一般很難保存為化石,因此科學家發現的七鰓鰻化石寥寥無幾。目前已知的最古老的七鰓鰻化石是生活在3.6億年前南非晚泥盆世的古七鰓鰻,它的體型很小,頭部比例較大,就像一只蝌蚪,嘴巴已經有了吸盤的樣子,但牙齒卻很細弱。較年輕的石炭紀七鰓鰻同樣體型很小,和泥盆紀的同類一樣,它們并不具備現代七鰓鰻一樣的生命史,沒有變態發育的階段。
現代七鰓鰻是個體發育史中存在“變態”現象的少數脊椎動物之一,它有著三段式的生命周期,就像蝌蚪變青蛙,經過變態發育,從幼體發育成形態和生態習性差別極大的成體,其中也包含取食方式的根本變化。
2006年,中國科學院古脊椎動物與古人類研究所張彌曼院士等人在著名的“熱河生物群”中,第一次找到了中生代的七鰓鰻化石,命名孟氏中生鰻。
在隨后的研究中,張彌曼和同事首次識別出了孟氏中生鰻的幼體和變態期幼體。她告訴《中國科學報》,中生鰻的幼體沒有吸盤,它的嘴巴形似漏斗。它們藏在水底的沙子里,把口伸出沙層探入水中,水流會把一些碎屑和小生物沖進沙隱蟲口中,成為食物。數年之后,幼體經歷變態過程而進入成年期,才會脫離沙層,進入水中開啟全新的生活。
“這些幼體的形態特征、生活習性和它們的現代后裔幾乎沒有差別。”張彌曼強調。這也意味著,現代七鰓鰻獨特的三期生命史早在距今1.25億前的早白堊世晚期即已成型并保持至今。而從燕遼鰻來看,這個特征應該在侏羅紀早期就出現在七鰓鰻家族里了,這個特征的出現可能主要歸因于它們取食結構的演化和食物來源的變化,是“內因”和“外因”合力的結果。
“食肉”而非“吸血”
2020年,四件來自更古老的“燕遼生物群”的七鰓鰻化石交到了吳飛翔的手中,給他帶來了巨大的驚喜。從時間上看,燕遼鰻存在于侏羅紀時期,比中生鰻還要早近4000萬年。從外形上看,其中一件標本的體長超過64厘米,體型之大為目前已知化石七鰓鰻之最。古生代七鰓鰻多為幾厘米,最大的也僅十厘米左右。
“燕遼鰻化石不僅保存完整,最重要是,它們的吸盤和牙齒是以近乎立體的狀態保存的。”吳飛翔表示,這為揭示七鰓鰻攝食行為的演化提供了罕見而珍貴的樣本。
他介紹說,其實現代七鰓鰻的進食方式并不只有吸血一種,還有食肉的、食腐的種類,以及變態發育后不進食的種類,而不同的取食方式對應著不同的牙齒特征。
最讓人意外的是,燕遼鰻的牙齒結構與北半球常見的吸血型七鰓鰻,比如海七鰓鰻有明顯差別,卻和今天生活在南半球澳大利亞南部、新西蘭和智利南部食肉類型的七鰓鰻有諸多相似之處。“特別是吸盤牙齒和用來剜切肉塊的牙齒形態很相近。”吳飛翔解釋道。
研究人員還在燕遼鰻化石的消化道中找到了一些骨片殘骸,這也印證了燕遼鰻的確是食肉類型。
此外,張馳運用貝葉斯全證據定年和譜系分析方法,重構了七鰓鰻家族的譜系樹,結果發現,燕遼鰻是目前已知的現代七鰓鰻最近的祖先。
過去古生物學家對現代七鰓鰻譜系關系和七鰓鰻牙齒特征的分析,通常認為現代七鰓鰻的祖先是一種類似于海七鰓鰻的吸血類型,而這項最新研究卻表明,現代七鰓鰻的祖先更可能是一類吃肉的七鰓鰻。
不僅如此,根據重構后的七鰓鰻家族譜系樹,研究人員推測,從攝食系統的演化來看,侏羅紀是七鰓鰻演化歷史的“分水嶺”,取食結構的演化,再加上“天賜”的良機,讓七鰓鰻具備了現代類型的面貌和生命史特征。
“從早侏羅世開始,較進步的、薄鱗真骨魚類的大量出現,為牙齒已經強化的七鰓鰻提供了大量食物來源,導致它們體型大增,進而促成了能量要求很高的現代型三段式生命史的出現。”吳飛翔表示。換言之,今天七鰓鰻的這副猙獰面目和“變態”的生命周期,很可能只是其演化歷史的一個偶然結果。
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