研究發現,龜殼不是為了保護身體才出現

作者 | 發布日期 2016 年 07 月 24 日 12:00 | 分類 生態保育 follow us in feedly
flickr Jon Chi Lou

每當看到烏龜一被攻擊就縮進堅硬的殼內,我們都以為龜殼一開始就是為了保護烏龜才演化而來,但你知道嗎,龜殼一開始可不是用來當作烏龜的盔甲喔!




每當看到烏龜背上堅硬的龜殼,我們總會直接聯想到是為了保護烏龜的身體,但美國丹佛自然科學博物館的古生物學博士萊森(Tyler Lyson)不這麼想,他和研究團隊發現,一開始烏龜背上的龜殼其實是為了幫牠們挖洞才演化而成。

 

胖了一圈的蜥蜴

如果我們搭乘時光機,回到 2 億 6,000 萬年前恐龍尚未滅絕的南非,我們會在岸邊發現手掌大小的生物,搶著把頭伸出泥巴,牠們看起來就像胖了一圈的蜥蜴:身體肥厚、四肢短胖,但是如果你能把牠們抓起來翻面,你會發現牠們的身體之所以肥厚,是因為牠們的肋骨特別寬也特別平,看起來就像半隻殼的烏龜。

 

最早烏龜來解惑

這種奇妙的生物叫做正南龜(Eunotosaurus),雖然牠看起來像蜥蜴,但事實上牠是目前人類已知最早的烏龜。

古生物學博士萊森認為,正南龜身上的龜殼根本不是為了防衛,而是為了挖洞,正南龜會用底面的殼把自己牢牢固定在地上,然後用有力的四肢開始挖土。在烏龜成為堅固的行動堡壘前,牠們是專業的挖洞者。

維基百科

▲ 圖為正南龜的模擬示意圖,看起來宛如蜥蜴的牠是目前人類已知最早的烏龜。(Source:By Smokeybjb (Own work) [CC BY-SA 3.0 or GFDL], via Wikimedia Commons

wikimedia

▲ 圖為半殼龜的模擬示意圖,牠的殼只蓋住了腹部而非背部,身上沒有鱗片但有非常寬的肋骨。(Source:By Nobu Tamura (http://spinops.blogspot.com) (Own work) [GFDL or CC BY 3.0], via Wikimedia Commons

龜殼如何來?百年大哉問

100 年來,生物學家都為了烏龜如何演化出龜殼爭論不休。

古生物學家大都抱持著龜殼是從骨質鱗片演化而來,像鱷魚、犰狳和許多恐龍都有這種骨質鱗片當盔甲,骨質鱗片到最後會和肋骨與骨幹融合,為生物創造出堅實的外表。

然而,發育生物學家不同意,他們透過研究現代烏龜的胚胎推斷,龜殼由肋骨演化而來,肋骨延伸而出最後包覆全身。

 

只有一半的龜殼

一切爭論到了 2008 年才有了轉機。當時,中國研究人員發現了 2 億 2,000 萬年前的烏龜化石,當時的龜殼只有蓋住烏龜的肚子而非背部,牠們乾脆稱這種烏龜為半殼龜(Odontochelys semitestacea),牠的身上完全沒有鱗片,但有非常寬的肋骨,發育生物學家的理論被證實是對的。

flickr FWC Fish and Wildlife Research Institute

▲ 一隻紅蠵龜將沙地挖出一個洞,小心翼翼地產卵在洞裡。(Source:Flickr/FWC Fish and Wildlife Research Institute CC BY 2.0)

龜殼是為了保護自己?

此後,古生物學界轉而尋找烏龜演化出龜殼是為了什麼。

萊森博士回憶道:「當我去專門研究烏龜的研討會和大家討論時,他們自然而然就會說(烏龜演化出龜殼)是為了保護自己」、「但這一點道理都沒有」。

現代烏龜的龜殼夠堅硬也夠大,當然可以保護烏龜,但烏龜的祖先正南龜並不是這樣,牠的龜殼甚至沒有蓋住正南龜的頭、頸和背部,如果真的是為了保護烏龜,那麼當時的龜殼應該像鱷魚和犰狳那樣,變成骨質鱗片布滿全身,這麼一來反而不會防礙烏龜呼吸和行動。

 

為了挖洞方便

透過大量研究正南龜的化石,萊森博士說:「我們從化石紀錄還有觀察現代烏龜的龜殼如何發育,第一個最重大的改變就是肋骨變寬。」

肋骨用來支持肺部運動,然而變寬的肋骨限制了軀幹的運動,讓動物行動的速度變慢,這也是烏龜為什麼動作慢吞吞的原因。

萊森博士說:就像鳥類的羽毛一開始演化不是為了飛行,烏龜的龜殼一開始也不是為了保護自己,而是為了挖洞方便,讓牠們可以逃離南非的極端環境。

facebook Covina Public Library

▲ 在龜兔賽跑的故事中,烏龜背著重重的龜殼走得慢,但最後靠著毅力獲勝。(Source:Covina Public Library

烏龜慢吞吞  都是龜殼惹的禍

然而,龜殼的出現雖然讓烏龜挖洞方便,但卻讓牠們行動變慢。

在美國米勒斯維爾大學(Millersville University)任教的生物學博士湯瑪斯(Judy Cebra-Thomas)提到,因為烏龜行動緩慢,不得不發展出保護機制以免受到攻擊,而龜殼正是「擴展適應」(exaptation)的例子,一開始是為了幫助牠挖洞,沒想到最後卻變成牠的盔甲,就像鳥類的羽毛一樣,一開始不是為了飛行反而是為了保溫演化出來。

 

根據目前能力來演化

最後,湯瑪斯博士說:「身體結構的改變只能根據生物目前的能力,提供精選的優勢,而非根據生物未來可能的潛能,這點非常重要,而且不只是對了解烏龜演化來說重要而已。」

flickr John Flannery

▲ 鳥類的羽毛,烏龜的龜殼等都是演化過程中「擴展適應」的例子,原本演化出來實現特定功能的特徵,隨後又出現另一種用途。(Source:Flickr/John Flannery CC BY 2.0)

小補充:擴展適應(exaptation)

根據《維基百科》,擴展適應是指在演化過程中一種特徵的功能發生了變化。例如,如果一個特徵最初演化出來是為了實現某種特定的功能,但後來它又有了另一種其他用途,就可稱之為「擴展適應」。鳥類羽毛的演化便是一個經典的例子:羽毛最初是為了保溫而演化出來的,但在後來羽毛變得開始適合飛翔。另一個例子則是早期魚類的肺,它們後來演化為陸生脊椎動物的肺,但同時還透過擴展適應成為了一些魚類體內用來調節浮力的器官──鰾。

(本文由 地球圖輯隊 授權轉載;首圖來源:Flickr/Jon Chi Lou CC BY 2.0)

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