龟鳖目是否和鸟类一样是恐龙的后代呢?


龟鳖目和恐龙没有直接的传承关系,目前已知恐龙的唯一直系后裔是鸟类。

既然龟鳖目不是恐龙的后代,那么它跟恐龙有什么关系呢?亲缘关系更靠近恐龙还是蜥蜴?

龟鳖目的演化

(1)早期假说

过去一个多世纪,由于没发现“似龟非龟”的过渡物种,再加上其包裹全身的甲壳,头骨没有颞颥孔等独一无二的形态结构,龟鳖目被认为是仅存的原始爬行动物——无孔类,其亲戚均在大灭绝中消失。

▼红海龟

除了眼眶和鼻孔,无其他洞孔,和最早期羊膜动物的头颅骨一样,较为原始,所以龟鳖目被划分到无孔类,远离恐龙、鳄鱼、蜥蜴等双孔类。

▼双孔类

后期的羊膜动物则演化出了颞颥孔。其中双孔类有两个颞颥孔,分别位于眼睛后方之上下,使得下颌可以张的更开,可附着更大、更强壮的下颌肌肉。

正由于龟鳖目的独特性与缺失过渡物种,当时科学界完全摸不清它的演化起源,只能将龟鳖目放在爬行类演化树的最基层,远离恐龙、鳄类、蜥蜴和蛇等。更有甚者脑洞大开,认为龟鳖目是哺乳类的姐妹群。

▼龟鳖目作为原始爬行类

龟类曾被认为是仅存的原始爬行类,远离现今其它爬行类以及恐龙(鸟类)。来源 Phylogenetic Relationships of the Major Groups of Amniotes

▼龟鳖目作为哺乳类 + 蜥形类的姐妹群

来源 Phylogenetic Relationships of the Major Groups of Amniotes

这时候,龟鳖目跟恐龙的关系十万八千里远。

(2)当前主流假说——基因测序

直至分子系统发生学的兴起,对现今爬行类进行基因测序,才逐渐改变固有观念:龟鳖目不是原始爬行类,也不是哺乳类 + 蜥形类的姐妹群,而是一种较为进步的爬行类。甚至很可能属于主龙类的姐妹群,即与恐龙(鸟类)、翼龙、鳄类的亲缘关系很近。

龟鳖目的基因测序简述

1998 年起,就有研究开始测定现今龟类的线粒体和细胞核的基因组序列,并与现今动物作比较,结果显示龟类与鳄、鸡的亲缘关系较近,离喙头蜥、蛇以及蜥蜴较远。

▼ Zardoya and Meyer (1998), Hedges and Poling (1999), Kumazawa and Nishida (1999), and Rest et al. (2003).龟鳖目的系统发育位置

图源 Sister Group Relationship of Turtles to the Bird-Crocodilian Clade Revealed by Nuclear DNA–Coded Proteins

期间甚至有研究试图把龟鳖目和恐龙、鳄类的关系再拉近一步——龟鳖目划分到主龙类。

Hedges and Poling (1999) and Mannen and Li (1999)的系统发育树

图源 Sister Group Relationship of Turtles to the Bird-Crocodilian Clade Revealed by Nuclear DNA–Coded Proteins

当然,也存在不同声音。

比如在 2011 年,通过 microRNAs 重建的系统发育树就把龟鳖目划分到鳞龙形下纲,更接近蜥蜴、蛇等鳞龙类,从而淡化了与恐龙之间的关系。

▼2011 年的系统发育树

图源 MicroRNAs support a turtle + lizard clade.

然而,在近几年的基因测序研究中,还是更倾向把龟鳖目划分为主龙类的姐妹群

▼2012 年的系统发育树

2012 年的研究支持龟鳖目是主龙类的姐妹群,同时提出了 2011 年通过 microRNAs 重建演化树所存在的问题。 图源:More than 1000 ultraconserved elements provide evidence that turtles are the sister group of archosaurs

2013 年,通过测定、分析绿海龟和中华鳖的基因组,不仅认为龟鳖目是主龙类的姐妹群还推测了龟鳖目的直系祖先出现时间:在二叠纪晚期,龟鳖目的祖先与主龙类(鳄类、恐龙)正式分开独立演化,即龟鳖目和恐龙的最近共同祖先可追溯到二叠纪晚期。

▼2013 年龟鳖目的系统发育位置与分化节点

图源 The draft genomes of soft–shell turtle and green sea turtle yield insights into the development and evolution of the turtle–specific body plan

这时候,龟鳖目算是跟恐龙攀上一点关系了,但缺失化石证据。

(3)当前主流假说——过渡物种的化石

无论龟鳖目更接近哪个类群,以上不同的基因测序结果都有一个重大的共同点:龟鳖目不是原始爬行动物——无孔类,而是和恐龙(鸟类)、鳄鱼、蜥蜴等同属双孔类。

然而,现今龟类的头骨并没有颞颥孔,反而更像是无孔类的封闭型头骨(回忆上文的红海龟头骨图)。1887 年在德国发现的2.15 亿年前早期龟类——原颚龟Proganochelys quenstedti其头颅骨也是呈封闭状态,除了腭部发育牙齿外,与现今龟类并无过大差别,根本就不存在逐渐演化的形态特征。

▼2.15 亿年前的原颚龟化石与骨骼重建图

封闭的甲壳、无颞颥孔的头骨、短脖短尾,咋一看和现今龟类没什么差别。

由此可见,虽然基因测序结果支持龟鳖目属于双孔类,但和当时已有的化石证据背道而驰。

难道龟鳖目这种特殊的头骨结构真是凭空出现,从 2 亿多年前持续至今?

直至 2015 年的罗氏祖龟(Pappochelys rosinae、2018 年的中国始喙龟(Eorhynchochelys sinensis相继被发掘,才给出了不一样的化石证据。

■ 罗氏祖龟

它是至今发现最为古老的“龟类”,生活在2.4 亿年前(三叠纪中期),化石保存状况很差,都是一些散骨头,推测成年个体长约 20cm。

▼罗氏祖龟化石

化石标本十分残破

骨骼重建后,可以确定,罗氏祖龟是一种“似龟非龟”的过渡物种

因为它全身都没有甲壳,只有加宽的肋骨,以及腹部的骨骼(腹膜肋)不断合并,越发坚固——腹甲雏形,还拖着长长的尾巴。

由于其生活于 2.4 亿年前(三叠纪中期),那么必然存在更早的“似龟非龟”物种,这和 2013 年基因测序结果较为吻合:在二叠纪晚期,龟鳖目的祖先与主龙类(鳄类、恐龙)正式分开独立演化。

▼罗氏祖龟骨骼重建图与复原图

无腹甲、背甲,颞颥孔,长尾巴等原始龟类特征

如果说源自 2.4 亿年前“似龟非龟”的特征支持了龟鳖目属于双孔类的假说,那么头颅骨上的颞颥孔无疑是板上钉钉。

复原后的头骨上,颞颥孔清晰可见,龟类演化的关键一环在此刻扣上,这是第一次用化石证明了龟的祖先头上有颞颥孔,与之前所有的基因测序结果相吻合——龟类属于双孔类。

▼祖龟的头颅骨重建图

可见颞颥孔。图源:A Middle Triassic stem-turtle and the evolution of the turtle body plan

有人说,罗氏祖龟的化石过于残破,通过复原才能看出颞颥孔,似乎不太可信?

有人说,那龟类的颞颥孔是什么时候闭合的呢?

答案就在 2018 年来自贵州的中国始喙龟,它的出现,再次填补了龟类演化的空缺,给“龟类属于双孔类”假说再钉上一个大钉。

■ 中国始喙龟

中国始喙龟生活在2.2 亿年前,比祖龟稍晚,但化石保存相对良好,成年体长超过 2m。和罗氏祖龟一样有一系列原始特征:无腹甲、背甲,有加宽的肋骨和长长的尾巴等。

▼中国始喙龟化石与复原图

A Triassic stem turtle with an edentulous bea

不同的是,罗氏祖龟保留了开放的颞颥孔,而中国始喙龟则让我们看到了颞颥孔的封闭。

此番中国始喙龟的三块骨头则非常完美地构成了一种情形:在以前有孔的情况下三块头骨相互之间的位置关系保留着,由于它更紧凑就封闭了,但能够看到有孔痕迹。李淳形象比喻,“就像门刚刚要关上的时候,但还留了一条缝隙。”

▼中国始喙龟头骨

上颞颥孔已完全闭合,下颞颥孔隐约可见。图源:A Triassic stem turtle with an edentulous bea

至此,从 2.4 亿年前的罗氏祖龟到 2.2 亿年前的中国始喙龟,我们见证了龟类在演化中逐渐失去两个颞颥孔的过程,化石证据与基因测序结果相辅相成:龟鳖目属于双孔类,并且可能是主龙类的姐妹群,与恐龙、鳄类的亲缘关系比和蜥蜴、蛇更近。

▼2018 年早期龟类系统发育树

半甲齿龟和原颚龟就不另外篇幅了,在它俩身上也可以体现腹甲、背甲、脊椎、角质喙的演化。祖龟 2.4 亿年前 - 中国始喙龟 2.28- 半甲齿龟 2.15- 原颚龟 2.1 亿年,这四个物种构成了目前较为清晰的龟类演化线,但它们不一定是现今龟类的直系祖先,可能是龟类漫长演化路的一个阶段,甚至是一些旁支。

【题外话】

虽然龟鳖目不是恐龙的后代,但有一种恐龙曾被误认为乌龟——镰刀龙。

在 1954 年,这种动物由苏联古生物学家叶夫根尼·马列夫(Evgeny Maleev)命名为镰刀龙属(Therizinosaurus)。马列夫认为镰刀龙是种类似乌龟的大型爬行动物,身长约 12 米,而大型指爪是用来捕捉鱼类。

▼“龟型镰刀龙”

“冬泳怪鸽”

▼正常镰刀龙

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