5200萬年前蝙蝠化石背後的奇聞怪事

國家地理中文網 發佈 2024-01-13T11:14:37.211585+00:00

荷蘭自然生物多樣性中心的進化生物學家蒂姆·里特伯根是在《公共科學圖書館:綜合》期刊上發表這篇研究的主要作者,他說:「這種小蝙蝠可能生活在湖泊周圍的樹上,會飛到水面上捕食昆蟲。」

世界上最古老的蝙蝠化石已經被確認為一個新物種,這個發現有助於科學家補全這些飛行哺乳動物不完整的化石記錄,為研究蝙蝠的演化提供了新線索。這兩具化石都是在懷俄明州西南部一個古老的湖床中發現的,該湖床完整保存了約5200萬年前被森林包圍的一個亞熱帶湖泊生態系統。

這個新發現的蝙蝠物種被命名為岡氏伊神蝠(Icaronycteris gunnelli),體重約為25克,相當於五個彈珠的重量。它已經演化出了飛行能力,而且很可能已經發展出了回聲定位的能力。荷蘭自然生物多樣性中心的進化生物學家蒂姆·里特伯根是在《公共科學圖書館:綜合》期刊上發表這篇研究的主要作者,他說:「這種小蝙蝠可能生活在湖泊周圍的樹上,會飛到水面上捕食昆蟲。」

現代蝙蝠算得上是地球上最成功的動物之一,有1400多個物種,占所有哺乳動物物種的五分之一。它們的足跡遍布南極洲以外的每一塊大陸,而且通常對生態穩定至關重要,發揮了授粉、傳播種子、控制昆蟲數量等關鍵作用。

儘管蝙蝠無處不在,但科學家對蝙蝠的起源知之甚少。在「化石湖」——懷俄明州這個被保護的湖床名字——中發現的化石可以追溯到始新世早期。當時,全球氣溫逐年攀升,哺乳動物、昆蟲和被子植物正在迅速擴散和多樣化。(湖床中發現的)這些蝙蝠看起來與現代蝙蝠十分相似,有細長的「手指」固定翼膜。

亞利桑那州立大學的古生物學家、該研究的論文作者之一馬修·瓊斯說:「人們認為……蝙蝠起源於某種可能營樹棲的小型食蟲哺乳動物。」他補充道,實際上我們並不知道具體哪些古動物會與蝙蝠演化有關,「這類型的動物會有很多。但其中大多數的動物,我們只能通過殘餘的單個牙齒化石或者支離破碎的頜骨碎片知道它們存在。」

自從化石記錄中出現了蝙蝠,它們便迅速遍布世界各地。到目前為止,發現的最古老的蝙蝠牙齒和頜骨距今大約有5500萬年。在葡萄牙和中國發現的不完整蝙蝠標本比新發現的化石還要早幾百萬年。科學家不清楚蝙蝠究竟起源於哪裡——目前看來在到達南半球之前,蝙蝠在歐洲、亞洲或北美洲都出現過。

加利福尼亞大學洛杉磯分校的進化生物學家亞歷克薩·薩迪埃沒有參與這項新研究,她表示:「這很神秘。我們沒有發現任何蝙蝠的過渡形態。」

細微的線索

2017年,里特伯根瀏覽Facebook時第一次看到岡氏伊神蝠的化石。「我當時想,嗯,這看起來有點不一樣。」他說。

當時,這具化石是在一個私人採石場發現的,並掛上牌等待出售。里特伯根要求對化石進行測量後,他聯繫了美國自然歷史博物館(AMNH)的蝙蝠專家南希·西蒙斯。西蒙斯贊成里特伯根的觀點:這看起來像是一個新物種,於是美國自然歷史博物館買下了這具化石作為收藏。

除了分析新化石外,研究小組還重新檢查了博物館中已有的蝙蝠化石。他們發現了多倫多皇家安大略博物館在2002年收購的一具伊神蝠化石——當時這具化石被認為是同屬的另一種蝙蝠「食指伊神蝠」( I. index.)。

這兩具化石看上去與現代蝙蝠相似,但也有細微的差別。里特伯根說:「首先讓我眼前一亮的是,這具化石的骨骼,尤其是後肢,十分堅固。」

大多數現代蝙蝠骨骼輕薄,更適合飛行。岡氏伊神蝠較粗壯的四肢可能意味著,該物種保留了其祖先的一些特徵,例如長著更強壯可以爬樹的腿。

這隻遠古蝙蝠的食指和拇指也長著爪子,而大多數現代蝙蝠只有拇指上長著爪子,以便睡覺時能懸在空中。同時也暗示了,這可能是蝙蝠從攀爬動物向飛行高手過渡的最後階段。

如果把同一時期生活在化石湖的芬氏爪蝠(Onychonycteris finneyi)也考慮進來的話,情況就更複雜了。芬氏爪蝠屬於體型比伊神蝠更大的另一屬物種,每個「手指」上都有一個爪子,兩翼相對較短——這表明爪蝠的活動方式主要是攀爬和飛行。從內耳的大小和形狀來看,芬氏爪蝠可能不像岡氏伊神蝠和食指伊神蝠一樣有回聲定位的能力。科學家最初曾認為,芬氏爪蝠的標本是證明蝙蝠先學會飛行,而不是先發展回聲定位能力的化石證據。

但是,在研究化石湖中的三種蝙蝠、其他古蝙蝠化石和現代蝙蝠之間的演化關係時,人們發現兩種伊神蝠與芬氏爪蝠的關係更為密切——而不是與其他同樣會回聲定位的蝙蝠親緣更近。瓊斯說:「這真是出乎意料,真的很奇怪。」

瓊斯說:「我們居然在化石記錄中發現有一種非回聲定位的蝙蝠與一群能夠回聲定位的蝙蝠關係最為密切。」但他指出,現代狐蝠中也存在同樣的情況——這種大型食果蝙蝠雖然不會回聲定位,但與一群會回聲定位的蝙蝠親緣關係最密切。瓊斯說:「這要麼說明回聲定位可能有不同的起源,要麼就是某些最早期的蝙蝠因為各種原因喪失了回聲定位能力。這真是怪了。」

解開過去的謎團

完整的始新世時期的蝙蝠化石十分罕見。懷俄明州的化石湖是唯一發現同類化石的地方。蝙蝠生活的溫暖、潮濕森林對保存它們細小骨骼來說條件太過惡劣。只有被迅速掩埋,如沉入深湖底部的蝙蝠化石才能完整保存下來。

繼蝙蝠在懷俄明州西南部的湖泊出現之後,過了幾百萬年,德國一個相似的湖泊生態系統附近也出現了幾種蝙蝠,這些後起之秀看起來更像現代蝙蝠。

科學家們認為,飛行和回聲定位等優勢將有助於蝙蝠迅速擴散,並實現物種多樣化。作為哺乳動物的蝙蝠可能已經適應了黑夜生活,從而避免與鳥類競爭,或防止成為鳥類的盤中餐。但我們尚不清楚這種轉變發生於何時。

遺傳學研究未能揭秘誰是蝙蝠的直系先祖。相反,DNA研究顯示,蝙蝠屬於哺乳綱勞亞獸總目——這裡面既包括鼩鼱、鼴鼠這些與蝙蝠一樣吃昆蟲的動物,也包括那些外表看起來與蝙蝠沒什麼關係的動物,如鯨魚、馬、犀牛、河馬等有蹄類動物,以及貓、狗、熊等食肉目動物。讓人意想不到的是,所有這些動物與蝙蝠的演化親緣關係都比嚙齒類動物更密切。

里特伯根說:「如果看一下DNA,我們發現,有蹄類動物是蝙蝠最近的親屬,這實在是讓人難以置信。這中間一定發生了什麼我們不知道的事情。」

為了填補這些演化史上的空白——甚至最好能發現蝙蝠的直系先祖,科學家寄希望於進行更多的發掘,以便能找到更多化石。

「我們發現得越多,就越能更好地了解當時有多少蝙蝠物種,它們有多不同,有多麼多樣化。」加利福尼亞大學洛杉磯分校的薩迪埃說。也許,當我們在地球的歷史時光中探索得越深,總一天,「我們會找到所有人都在尋找的生命過渡形態。」

(譯者:幸運草)

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