困擾學界百年的一盤鯊魚牙——旋齒鯊

鯊魚,提到這個詞大家第一時間想到的是海洋中的冷血殺手,浮現在腦海中的是張著血盆大口追逐著落水人類的大白鯊,

然而,鯊魚——這位被冤枉了一百多年的生物,其實并沒有人們想象中那么可怕。

人們對鯊魚的恐懼始于1916年的夏天,那個夏天,在美國新澤西海灘,短短10天內,就有4人喪生,1人身負重傷。從此,“瘋狂吃人的大白鯊”形象逐漸深入人心。再加上1974年彼得·本奇利出版的《大白鯊》和斯皮爾伯格的同名電影,鯊魚殘暴的形象基本坐實,

然而,鯊魚是徹徹底底被冤枉了。

每年喪生于鯊魚之口的人只有個位數,而喪生于蜜蜂之螫的人每年可達到500人之多。被捕撈最嚴重的的大錘頭鯊,近400年只有致死一人的新聞。

與很多人的“常識”相反,鯊魚對人類的恐懼遠遠高于人類對鯊魚的恐懼。這可能源于美國人對鯊魚的憤懣,鯊魚在近25年里減少了80%以上,這種存在了4.5億年的古老生物,曾經的海洋霸主,如今正面臨著最嚴重的生命威脅。


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本篇文章將帶大家回顧一下海洋霸主的過往

回到遙遠的地質歷史時期

見識一種鯊魚的近親

——

旋齒鯊


旋齒鯊新復原圖(來源:National Geographic)

旋齒鯊(Helicoprion)屬于軟骨魚綱-板鰓亞綱-尤金齒目-旋齒鯊科-旋齒鯊屬,“Helico” 源自希臘語“螺旋狀”,Prion源自“鋸”,因具有螺旋狀排列的牙齒而得名,

旋齒鯊首次出現2.9億年前(二疊紀早期),在二疊紀-三疊紀滅絕事件中幸存,最終于2.5億年前(三疊紀早期)滅絕,化石分布于北美洲、東歐、亞洲與澳洲。

根據長達60cm的螺旋狀牙齒盤推斷,旋齒鯊個體體長可以超過12米,體長范圍為7.5-12米,為目前所知最大的尤金齒目物種,是名副其實的海中巨獸。

旋齒鯊雖然名為鯊,但從被巖石掩埋部位的軟骨組織的排列方式判斷,它其實屬于全頭亞綱,與屬于板鰓亞綱的鯊魚僅是近親關系,而與如今的銀鮫類才是一家。只不過過去幾十年以來人們常把旋齒鯊作為鯊魚,這個誤會就一直延續了下來,另外,旋齒鯊與剪齒鯊、副旋齒鯊(太陸鯊)等多種已經滅絕的魚類同屬于旋齒鯊屬。



旋齒鯊復原圖(Troll, 2012)


旋齒鯊大小對比圖(來源:知乎)


副旋齒鯊大小對比圖

旋齒鯊在眾多古生物中始終保持著自己最獨特的色彩,螺旋狀的牙齒生長在身體何處至今仍有爭論,軟骨魚有一種特性,即全身骨骼幾乎都由軟骨組成(就像耳朵的骨頭一樣),這也就意味著鯊魚的骨頭很難保留成化石,只有牙齒和鱗片這些硬組織可以保留下來,所以自然界幾乎找不到旋齒鯊的骨骼化石,這更為旋齒鯊增加了一層神秘的色彩,

現在讓我們嘗試走近旋齒鯊的世界

一起見證這位曾經的海洋巨獸是如何被發現

又是如何被一步步揭開神秘面紗的


旋齒鯊的發現

如下圖所示,這是人類發現的奇特的生物化石,一組由大到小螺旋排列的牙齒化石,1899年這種化石被俄羅斯古生物學家亞力山大·卡賓斯基(Alexander P. Karpinsky)發現于烏拉爾山脈,最初人類對于這種奇特的化石僅僅只能判斷出來這是一組排列詭異的牙齒,甚至它應該在什么位置都有極大爭議。





旋齒鯊牙齒化石

直到1907年,美國愛荷華州也發現了這樣的螺旋排列的牙齒化石,證明這些化石并不是簡單的個例,美國古生物學家奧利弗(Oliver Perry Hay)根據牙齒特征與鯊魚牙有相似的特點,于是大膽猜測這是屬于某種鯊魚的牙齒,至少在歸屬問題上得到了較為準確的答案,


旋齒鯊牙齒近照

旋齒鯊牙齒的爭論

由于早期發現的大量旋齒鯊化石只保留有牙齒或螺旋狀的牙齒盤,所以人們對這種詭異的牙齒應處的位置一直存在著巨大的爭議。

最早發現旋齒鯊的古生物學家Andrzej P. Karpinski將其命名為旋齒鯊(Helicoprion),曾多次嘗試去復原旋齒鯊,他最初嘗試把螺旋狀的牙齒盤放在背鰭上如同風車一樣,也曾嘗試放在尾巴或者鼻尖上,像一只長者。直到1952年,俄羅斯古魚類學家Dimitri Obruchev認為,下顎的位置“只會阻止魚類進食”,他把輪盤放在上顎,認為它可以作為動物頭部的減震器,


旋齒鯊最初的猜想(Karpinski, 1911)

1995年,澳大利亞古生物學家John Long在“魚類的興起:五億年的演化”一書中繪制有一幅假設的插圖,描繪旋齒鯊的下頜向下卷曲成螺旋狀,上面牙齒密布。他認為旋齒鯊的牙齒可以卷到下頜下面,當獵物靠近時,可以吐出牙齒當作鞭子使用,抽打被捕食的動物,并將獵物鉤在凸出的牙齒上,他還認為,旋齒鯊將下頜旋轉起來,是為了模仿菊石(已滅絕帶殼頭足的動物,旋齒鯊的最愛)的外貌,借此來吸引獵物達到捕食的目的。這一復原模型逐漸得到了大部分古生物學家的認可,直到真正的旋齒鯊形貌發現之前,幾乎所有的復原圖都在這個模型的基礎上修改。



關于牙齒生長的問題,古生物學家曾提出了兩種主要觀點,一種是牙齒的根部在生長過程中緊連在一起,新生的牙齒會將老的牙齒推著向外生長,就像指甲一樣,所以才會形成最外緣牙齒小新生牙齒大的現象,這樣可以防止牙齒脫落。另一觀點認為牙齒的大小與支撐它的頜骨成正比,只有魚身長到足夠長時才能出現螺旋齒盤的現象。

旋齒鯊的面貌逐漸清晰

下面是美國國家地理對自1899年以來不同生物學家對旋齒鯊復原圖的匯總,以及Tapanila(2013)文章中對旋齒鯊復原圖的總結,從圖中可以看出,最初螺旋齒所處的位置被安排在身體各處,1955年之后基本確認生長在嘴部,然后逐漸對牙齒應有的形態展開了探討,最后大家的觀點逐漸趨于一致,


不同古生物學家筆下旋齒鯊的復原圖

(來源:National Geographic)


1899年以來旋齒鯊復原圖總結(Tapanila, 2013)

最接近真相的答案源自近幾年更先進的研究工作,

Ramsay(2014)通過對存于愛達荷自然歷史博物館的旋齒鯊牙齒化石進行了CT掃描發現,這塊化石保留了上下頜軟骨的痕跡,根據CT掃描的還原工作,可以清晰地看出旋齒鯊牙齒化石是被包裹在下頜里面的。自此,對旋齒鯊牙齒位置的百年爭論暫時性的結束了。那包裹在下頜內的牙齒是如何進食的呢?在同一篇文章里給出了進一步推論。



旋齒鯊牙齒的CT掃描工作(Ramsay, 2014)


基于研究建立的復原圖


“菊石開罐器”

對旋齒鯊嘴部肌肉特征的復原和力學結構的分析,讓古生物學家們逐漸揭開了一個驚天大秘密——旋齒鯊酷愛螺肉!

Ramsay通過建立多種肌肉模型來推測旋齒鯊的進食模式,通過力學結構分析發現,旋齒鯊適合以軟體動物(尤其是菊石)和部分小型魚類為食。更主要的是,這種螺旋狀的牙齒有自己獨特的進食方式,當旋齒鯊咬住獵物時,會通過不停地咬合、松口,螺旋齒會以傳送帶的形式將食物逐漸送入口中,且這個過程中食物已經切割成了小塊,


旋齒鯊口部肌肉復原圖(Ramsay, 2014)


旋齒鯊進食模擬圖(Ramsay, 2014)

研究人員還發現這種螺旋齒竟然具有“剝殼”的功能!

旋齒鯊在咬住菊石的時候,通過強大咬合力將菊石的軟體部位不斷向嘴里拖拽,可以將菊石的軟體部分輕松的從殼里拔出。在不使用任何工具的情況下吃完整個“田螺”,菊石,作為曾經統治過整個奧陶紀海洋的霸主,在二疊紀的時候竟然被旋齒鯊無情地蹂躪,于是乎旋齒鯊人送外號“菊石開罐器”。


“迫害菊石圖”


旋齒鯊嘴部模型

但是,由于對菊石等軟體生物的過度依賴也給旋齒鯊帶來了致命性的問題。

二疊紀-三疊紀之交發生了地質歷史時期最大的一次滅絕事件,俗稱“P-T大滅絕”,地球上96%的物種忽然之間消失。

這次滅絕事件也對菊石等軟體動物產生了十分嚴重的創傷,菊石幾近滅絕,而旋齒鯊雖然在這次大滅絕事件中幸存下來,但喪失了大量食物來源的它們在三疊紀初很快地跌下了食物鏈的頂端,逐漸走向了滅絕,

至此,一代海洋巨獸旋齒鯊在地質歷史時期留下了一段傳奇故事,也在2.7億年之后的世界給人類拋下了長達一百多年的未解之謎。或許,這場謎題還在繼續……


圖片均來自網路

資料參考

[1]維基百科-旋齒鯊屬

[2]維基百科-軟骨魚綱

[3] KarpinskyAP. 1899 On the edestid remains and its new genus Helicoprion. Zapiski Imperat. Akad. Nauk 7,1–67.

[4]Tapanila L , Pruitt J , Pradel A , et al. Jaws for a spiral-tooth whorl: CT images reveal novel adaptation and phylogeny in fossil Helicoprion[J]. Biology Letters, 2013, 9(2):20130057.

[5] Ramsay J B , Wilga C D , Tapanila L , et al. Eating with a saw for a jaw: Functional morphology of the jaws and tooth-whorl inHelicoprion davisii[J]. Journal of Morphology, 2014.

[6]知乎-攀緣的井蛙:【地球演義】鮫騰記4:輪

鏈接:https:http://zhuanlan.zhihu.com/p/57160311

[7]知乎:世界上存在過哪些奇特的古生物?

鏈接:https:http://www.zhihu.com/question/24176649/answer/27139988

[8]National Geographic: Buzzsaw Jaw Helicoprion Was a Freaky Ratfish

鏈接:https:http://www.nationalgeographic.com/science/phenomena/2013/02/26/buzzsaw-jaw-helicoprion-was-a-freaky-ratfish/

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