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四条腿的鲸是怎样学游泳的?

Peregocetus pacificus 在陆地和水中活动的复原图。图片来源:A. Gennari

一个国际研究团队在秘鲁海滩上发现了新的四足鲸类化石,为理解鲸的演化和迁徙提供了重要信息。

撰文 | 沛米 戚译引

来源 | 科研圈(ID:keyanquan)

现代的鲸是地球上最大的哺乳动物,是当之无愧的海中霸主。然而在 5000 多万年前,鲸的祖先不过只有狼那么大,能够在陆地上四足奔跑。最近,一支国际合作研究团队在秘鲁海岸发现了一种新的四足鲸类化石,将其命名为 Peregocetus pacificus,意为“抵达太平洋的旅行鲸”

这一发现填补了鲸类演化史中重要的一环,有助于揭示它们如何从陆地回归海洋,又如何一路迁徙直至遍布世界各地。相关论文发表在 4 月 4 日的《当代生物学》(Current Biology)期刊上(论文链接)

四条腿的鲸什么样

鲸目(Cetacea)包含我们所说的鲸和海豚,起源于 5000 多万年前的南亚。远古的鲸体型比现代的鲸要小得多,是水陆两栖的四足偶蹄类哺乳动物。在过去几十年中,科学家已经发现了几种早期四足鲸类的化石。

鲸的大家族中最古老的成员是巴基鲸(Pakicetidae),它的三个属都被发现于巴基斯坦的卡拉奇塔山脉(KalaChitta Range)。巴基鲸的大小和狼差不多,有着长尾巴和瘦长的四肢,生活在接近淡水的环境中,代表了陆生偶蹄类向水生鲸类演化的第一步。或许是因为它们和现代的鲸差异实在太大,最初的命名者们将其归类为中爪兽目(Mesonychid),一类和狼相似的远古食肉动物,这一分类过了近半个世纪才得到修正。

巴基鲸游泳复原图

比巴基鲸略晚的游走鲸(Ambulocetidae)更加适应水中的生活,化石证据显示它们尾部可能有着强壮的肌肉,和今天的水獭相似。并且,相比淡水环境,游走鲸很可能更适应海水环境;而更晚一些的雷明顿鲸(Remingtonocetidae)可能已经完全适应了海水。

游走鲸游泳复原图

重新学习游泳

早期鲸类很可能在水中觅食,在岸上休息。有科学家认为,从雷明顿鲸的时期开始,鲸的骨盆带(pelvic girdle)变得更加灵活,能够做出更大幅度的弯曲和伸展动作;与此同时,它们的尾巴变得更强壮、扁平,接近今天水獭尾巴的形状。这些形态的改变都体现出对水中生活的适应。

接下来,鲸的家族迎来了一大批新成员——原鲸(Protocetidae),包含约 20 个属。和祖先们相比,原鲸的眼眶更大,两眼之间距离更宽,不同的属头骨形状差异较大。它们还保留有发育良好的后肢。

本次发现的化石就属于原鲸的一种2011年,一个由来自秘鲁、法国、意大利、荷兰和比利时的科研人员组成的团队发现了它,被保存在距今 4000 多万年(始新世中期)的海洋沉积物中。化石研究显示,这头鲸保留了在陆地上活动的能力,同时也是一个游泳好手。它体长 4 米(包含尾部),臀部和四肢形态表明它可以在陆地上行走;而尾巴和足的解剖特征,包括长而有蹼的附肢,都和现生的水獭、海獭相似。

现代的海獭有着宽而扁平的尾巴。图片来源:Pixabay

原鲸生活在始新世中期。到始新世中期和晚期,龙王鲸(Basilosauridae)将成为第一种完全水生的鲸。化石分析表明它们很可能已经演化出了定向的听觉,只是没有今天的鲸那么发达。

自此,鲸永远定居海洋。

海中旅行者

原鲸是鲸类中最先实现全球分布的类群,它们的足迹遍布亚洲、非洲、欧洲、北美洲和南美洲。早先的化石证据显示,鲸目起源于南亚,随后往北非方向迁徙。

这次发现的化石披露了它们的下一步行动:在不到 1000 万年的时间里,原鲸跨越大西洋,来到南美洲几乎绕赤道转了一圈。在始新世时期,非洲和南美洲之间的距离大约只有今天的一半,这里的洋流方向也有利于它们的迁徙。

论文的第一作者、比利时皇家自然科学研究所(Royal BelgianInstitute of Natural Sciences)的 Olivier Lamber 说:这是整个太平洋地区第一个无可争议的四足鲸化石记录,可能是美洲最古老的,也是除印度和巴基斯坦外最完整的。”

论文作者推测,只有在抵达南美洲之后,它们才开始向北迁徙,最终到达北美洲。

鲸的旅途还没有结束,它们的故事还在等待更多的化石来填补。许多科学家认为今天的河马是鲸在陆地上的远亲,但这一观点目前还有争议。至于这个研究小组,他们计划在这个地区继续向更古老的地层挖掘,希望能找到更古老的两栖鲸类化石。

参考资料

1. Lambertet al., An Amphibious Whale from the Middle Eocene of Peru Reveals Early SouthPacific Dispersal of Quadrupedal Cetaceans, Current Biology (2019),https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.02.050

2. Gingerich, Philip D., et al. "Newprotocetid whale from the middle Eocene of Pakistan: birth on land, precocialdevelopment, and sexual dimorphism." PLoS one 4.2 (2009):e4366.

3. 高红艳, and 倪喜军. "基干鲸类的多样性及其与中兽和偶蹄类的系统关系 (英文)." 古脊椎动物学报 2 (2015): 5.

本文转载自公众号“科研圈”(ID:keyanquan)

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