地球演义第一百九十三回TOBE

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  登上海洋,仍是继承留在水里——对石炭纪的四足动物来讲,这是一个题目。

  它们承受了泥盆纪先人的衍化成效:两套并行的糊口配备。在水下用鳃(尚有皮肤)呼吸,用尾巴划水;登陆后用肺(尚有皮肤)呼吸,用手足渐渐匍匐。石炭纪密集的雨林和池沼成为这支两栖军队的主疆场。

  然则水下和海洋终究是两种齐备不同的生境。水和空气的物理化学性质:密度,浮力,阻力和促进力,尚有折射率和氧含量天差地远。对淹没于个中的任何动物,都弗成能有一套完好的身材构型,让它们在水下狡如脱兔,还能在海洋上敏如脱兔。况且同时抚育两套配备也是个不小的包袱,加之食品和天敌的差别。因而弗成防止地,初期四足动物们发端向着加倍水栖功用和加倍陆栖分头衍化。

两种初期四足动物身材构造。左:Micromelerpeton,晚石炭世,水栖;右:Micropholis,早三叠世,陆栖。水栖的品种身材更吻合流膂力学,有宽扁的大尾巴用来促进。陆栖的品种身材强悍;颅骨,脊柱,以及手足和肢带的骨骼加倍强劲。尾巴变得短小,缩小在大地拖曳带来的阻力。图片起原自[1]。

当代蓝舌石龙子(Tiliquascincoides)匍匐时前肢(上图)和后肢(下图)骨骼的活动方法。跟着肢体的屈伸,脊柱也左右歪曲成S形。石炭纪的陆栖四足动物,譬如彼得足螈和引螈,很大概便是用这类方法活动。图片起原自[2]。

晚石炭世陆栖四足动物的足印化石。当它扭起程体时,曲折的一侧前足和后足险些遭遇一同,留住了好似叠在一同的两个足印。图片起原自[3]。

两种晚石炭世到早二叠世离片椎类:(a)幻螈Apateonpedestris;(b)Melanerpetonhumbergenses。在它们的化石上找到了侧线(Lateralline)的陈迹。侧线是感知水中渺小振动的器官,表明这两种动物是水生的。陆生四足动物侧线消逝,衍化出内耳(Middleear)来接纳和强调空气的振动。图片起原自[4]。

在骨骼化石上也能够找到一些千丝万缕。(a)是Micromelerpeton幼体的头骨,上头能够观测到侧线槽(Laterallinegroove),是侧线下方神经成长的地方;(b)是Micromelerpeton成体的头骨,侧线槽消逝,骨骼构造也产生了改变。揣摩Micromelerpeton会跟着成长,糊口习性由水栖逐突变成偏陆栖。图片起原自[1]。

  水栖仍是陆栖的决议在非羊膜类四足动物的糊口史中集结展现。当代两栖动物有一个特殊的幼体阶段:蝌蚪。石炭纪的那些众人伙呢?莫非也是从蝌蚪变来的吗?好运的是,有一些初期四足动物留住了特别丰硕的化石质料,囊括不同发育阶段的幼体,让咱们得以一窥它们的性命周期。

  底下是一些石炭纪离片椎类Sclerocephalushaeuseri的化石,详细地展现了这类动物的发育经过(图片集体起原自[5]):

方才孵化未几的幼体(标尺长度1厘米)。大脑壳,手足纤弱,身材的骨骼还没有发育齐备,活动才略很差,正处在最脆弱的阶段。

长大一些的幼体(标尺长度1厘米),脊椎,肋骨和肢骨发育成型,身材和尾巴的比例增大,捕食和逃生的才略加倍。

再大一些的亚成体(标尺长度5厘米)。浑身骨骼曾经特别结实,配上发财的肌肉,曾经跻身中等掠食者的队伍。

成体体长高出1米(标尺长度20厘米),头骨扁长,口阔齿利,猛烈贪欲,是水滨一霸。化石下方先后肢中心的是腹部鳞片的印痕。和滑溜溜的当代两栖类不同,S.haeuseri的身材上(起码肚皮上)笼罩着精密的鳞片。

不同发育阶段的S.haeuseri位于食品链的不同品级。幼体只可吃一点浮游生物,节肢动物;半成体和成体的猎物囊括水域里的各式鱼类和四足动物,尚有小一点的同类。

  S.haeuseri的发育经过除了体型增大,骨骼发育,身材比例的调度除外,尚有一个特别急迫的改变。

S.haeuseri的初期幼体,头部双侧有一些蔓延出来的羽状构造。

  倘使强调来看,是云云的:

石炭纪非羊膜类四足动物幼体具备外鳃(Externalgills)做为呼吸器官。尚有鳃裂和软骨质的鳃笼,上头生有鳃齿(Gillteeth,BranchialDentition),用来钉牢和扯破食品。这都是和水生糊口相适应的特性。图片起原自[1]。

  跟着身材发育,S.haeuseri的肺渐渐长成并担负呼吸功用,外鳃减弱消逝,鳃笼和鳃齿也被加倍坚挺的骨骼替换。集体发育经过就像云云:

  大普遍石炭纪的非羊膜类四足动物都是云云长大的,S.haeuseri的成体营水陆两栖糊口,保存了流线形的身材和大尾巴。而像引螈云云成体高度陆栖的品种,幼体和成体的体形差别会加倍显然。

  另一类糊口在石炭纪到二叠纪之交的离片椎类四足动物:鳃龙类(Branchiosauridae)也留住了丰硕的化石质料。顾名思义,很多鳃龙类毕生水栖,成体也会保存外鳃。这类表象被称为“幼态连接(Neoteny)”。有些鳃龙很大概是其余四足动物的水生幼体,但幻螈属(Apateon)和鳃龙属(Branchiosaurus)的发育经过曾经探索得特别了解了。

一些早二叠世鳃龙科化石。(a)幻螈Apateondracyiensis;(b)鳃龙Branchiosaurussalamandroides;(c)一群幻螈Apateondracyiensis。鳃龙类体型小巧(标尺长度1厘米),时时沦为大个子远亲(譬如S.haeuseri)的口中餐。图片起原自[6]。

鳃龙类还原图。统一品种的鳃龙在不同的糊口处境中样式也会浮现显然的差别。糊口在消融氧丰硕的溪流中的个人(a)外鳃短,尾巴苗条;而糊口在氧含量较低的静水(湖沼和水池)中的个人(b)外鳃发财,尾鳍宽容。图片起原自[6]。

不同发育阶段的幻螈化石。最上方的是方才孵化的幼体,没有硬骨也没有手足。以后颅骨首先骨化,而后是脊柱,以后再长出手足。图片起原自[7],标尺长度2毫米。

幻螈手足(前肢C-I;后肢J-P)的发育经过,A是没有手足的初期幼体,B方才萌生肢芽。图片起原自[7],标尺长度1毫米。

  相比一下S.haeuseri和幻螈:S.haeuseri的初期幼体具备成型(即使很微小)的手足,除了外鳃,样式和成体差别不大;而幻螈幼体有相当长的阶段没有手足,齐备不像成体——这便是咱们特别熟练的蝌蚪——和虫豸险些同时,四足动物也衍化出了变态发育(Metamorphosis)。

S.haeuseri(左)和幻螈(中)的发育经过相比。S.haeuseri能够称为“无变态”,幼体渐次发育为成体。而幻螈在蝌蚪阶段的末期,一系列骨骼(鸟喙骨Coracoid,方骨Quadrate,间椎Intercentra,枕外骨Exoccipital)快速成长,颅骨重排,手足成型,在短功夫内变态发育为成体。变态发育能够使幼体和成体侵夺齐备不同的生态位,缩小种内比赛,提升处境适应性。当代两栖类(右,Ranodon北鲵属)进一步进展了变态经过。图片起原自[8]。

  此刻能够归纳一下初期非羊膜类四足动物的发育经过了:它们的卵在水中孵化,初期的幼体糊口在水里,用鳃呼吸,用尾巴泅水,有手足也许没有手足(蝌蚪)。有手足的幼体渐渐长大,它们中的一些离沸水体,到海洋上糊口,只在繁衍时才回到水中;另一些则毕生水栖;自然,也有游走于水陆之间的品种。没有手足的蝌蚪长大后,短功夫内变态发育成成体,登上海洋也许呆在水里。

一些离片椎类的发育经过。蓝色的是水栖的幼体和成体,紫色的是两栖糊口的半成体和成体,橙色的是陆栖的成体。图片起原自[1]。

一只幻螈Apateongracilis幼体和它肚子里(红框内)的末了一餐:一只更小的同类。即使体型纤小,鳃龙类也是狞恶的猎手。图片起原自[9]。

地球名片

生物分类:动物界-脊索动物门-脊椎动物亚门-四足形类-离片椎类-鳃龙科

存在功夫:石炭纪晚期至二叠纪末期

现存品种:无

化石品种:不明

糊口处境:淡水,海洋

代表特性:体小,骨骼纤弱,很多品种幼态连接,成体也保存外鳃

囊括品种:鳃龙,幻螈

参考文件:

[1]RainerR.Schoch,EvolutionofLifeCyclesinEarlyAmphibians.Annu.Rev.EarthPlanet.Sci..37:–62,doi:10./annurev.earth..

[2]JohnA.Nyakatura,EmanuelAndrada,StefanCurth,etal.,Bridging‘‘Romer’sGap’’:LimbMechanicsofanExtantBelly-DraggingLizardInformDebateonTetrapodLo

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