初看 JZMP 04-117,浅色石面上像是被一团深色的动物形痕迹打断。头骨残缺,肋骨已经移位,四肢与躯干叠在一起,一长列尾椎伸向岩板边缘。骨架周围仍有暗影相随:针毛印痕、炭化绒毛、鳞片和软组织一直延伸到骨骼之外。[1]
这件正模标本是 Castorocauda lutrasimilis 命名的依据。它在 2006 年得到描述,出自内蒙古约 1.64 亿年前的九龙山组,属于柱齿兽目;这是哺乳形类一支已经灭绝的旁系,接近包含所有现生哺乳动物的冠群,同时位于冠群之外。[1][2] 河狸、水獭和海豹都不在它的后代谱系上,它也没有占据通向其中任何一类动物的祖先过渡位置。
不过,这副身体可以完成若干相近的工作。化石把宽阔而得到强化的尾部、疑似带蹼的后足、粗壮前肢,以及适于咬住湿滑猎物的牙齿保存在一起。浓密毛被另有一层演化意义,水域之外的动物同样拥有这一特征。每项特征单独来看,都不足以证明一种往返于岸上与水中的生活;把运动和摄食系统合在一起,半水生特化便成为解释整副身体时所需假设最少的读法。[1]
图像背景:题图采用正模标本的真实照片,未使用生前复原图。保留这张照片署名的博物馆学习页面,将骨架周围的深色晕圈辨认为化石毛发;最初的描述论文则详细标出了范围更广的软组织证据。[1][5]
这件标本的论证,写在彼此叠合的结构里
从吻端到尾部,保存下来的动物至少长 425 毫米;躯体末端已经缺失,生前体长还要更长。头盖骨并不完整,下颌和牙齿却保存良好。大部分脊柱、肋骨、骨盆、四肢、足部和尾部都留在同一块岩板上。[1]
这种关联程度十分重要。许多早期哺乳形类主要通过牙齿和颌骨为人所知;这些骨骼很适合分类,却只能为运动方式打开一扇窄窗。Castorocauda 把摄食解剖与在陆地、水中移动的装置留在一起,也把硬组织与勾出身体生前宽度的柔软外缘留在一起。[1][3]
标本已经压扁,原有的三维状态没有凝固在石中。挤压会移动骨骼,也会模糊组织原来的厚度;软组织轮廓会有缺口,与现生动物类比时,又容易让复原越过岩石保存的范围。细读这件标本,需要区分三个层次:岩板上直接可见的构造;从中推断的功能;以及多项推断彼此吻合后拼出的生活图景。
第一层保存得异常丰富,第二层证据有力,第三层之所以令人信服,正在于多项证据彼此吻合,轮廓只占其中一部分。
尾部留下两条彼此独立的游泳信号
Castorocauda 意为“河狸尾”,而它的尾部从两方面赢得了这项类比。软组织给出第一条证据:在很长一段尾部上,保存轮廓至少比骨盆宽一半。尾根覆盖针毛;再往后,炭化鳞片占据主体,较稀疏的毛仍穿插其间。它的尾巴有着宽阔表面,形态远超过一条拖在身后的覆毛长索。[1]
骨骼给出另一条证据。数枚尾椎具有扁平椎体,横突增大并且分叉;从上方看,这些横突构成近似蝴蝶形的平面轮廓。现生河狸和水獭也有可比的尾椎,其扩展尾部会在水中参与推进和方向控制。[1]
两条信号彼此加强,同时各自记录不同内容。宽阔的软组织轮廓显示尾部外表面积,得到强化的扁平尾椎则显示托住它的内部骨架。两者保存的都是形态,实际划水动作并未留在岩石中;相似性也不能建立亲缘关系。河狸属于胎盘类哺乳动物,其演化出现晚了一亿多年。这项比较指向功能趋同:没有近亲关系的身体面对相近力学要求,采用了部分相同的几何构型。[1][3]
这道区分把化石从绰号带来的误解中解脱出来。“侏罗纪河狸”便于在脑中成像,用来画家谱却会走偏。岩板表明一只柱齿兽类拥有桨状尾部;河狸的起源超出了这块岩板能够讲述的范围。
后足指向水中,前肢仍系于岸上
后足趾附近,趾间保存着软组织残迹。最初描述者将其解释为疑似蹼膜,这一措辞准确限定了证据:趾间残片无法还原完整蹼膜,蹼膜本身也不能提供量化的游泳表现。不过,把它与尾部放在一起看,身体上便多出第二处具有推进作用的表面。[1]
前肢给出的信号更为混合。肱骨下端宽阔,肌肉附着处增大,肘突粗大,桡骨强健,腕骨呈块状,掌骨宽阔;这套构造与善于挖掘的哺乳动物相近。作者将它与鸭嘴兽比较,后者用强壮前肢掘出洞穴,也会在游泳时用前肢划水。[1]
行为证据的界线在这里十分重要。JZMP 04-117 没有伴存洞穴,化石也无法显示这个个体究竟挖过巢穴、翻动沉积物寻找猎物,还是主要把前肢用于移动。骨骼能够确定杠杆条件和力量;挖洞与划水仍属于比较解剖给出的功能推断。
即使是带板状扩展的肋骨,也无法直接纳入一套省事的水生解释。薄薄的扩展部分可以增强躯干刚度并扩大肌肉附着面积,但它们缺少海牛类等完全水生哺乳动物用来控制浮力的致密厚重构造。[1] Castorocauda 显出往返于两种介质之间的能力,这副身体还没有走向永久潜水所需的重型特化。
牙齿把摄食也带进同一处栖息环境
柱齿兽类的臼齿原已兼具切割脊,以及能够压碎、研磨食物的齿盆。到了 Castorocauda 臼齿列前端,齿冠从两侧压扁,一列牙尖向后弯曲。描述团队将这种排列与海豹和早期鲸类用来咬住鱼类及水生无脊椎动物的牙齿相比较。[1]
这里也最容易让解释跨得太远。肋腔中没有鱼,体内也没有保存能锁定最后一餐的内容物。牙齿形态限定了可以捕捉和处理的食物范围,却不会留下菜单。证据所允许的结论是,前部牙齿适合在水中或水边捕捉小型脊椎动物和无脊椎动物,后部臼齿则保留了更广的食物处理功能。[1]
多项证据的吻合让生活方式的解释变得有力。只有桨状尾部时,或许只能说明偶尔游泳;只有蹼膜时,含义仍会模糊;只有挖掘型前肢时,也可以对应陆生动物;只有适于咬鱼的牙齿时,还可以解释成从岸边获取猎物。这些特征出现在同一副关节相连的身体上,共同指向一只在水中觅食、同时能在陆地有效活动的动物。[1][2]
毛皮同时改写触感与演化时间线
骨骼周围的深色物质,既保存了较长针毛的印痕,也留下较短绒毛的炭化痕迹。这件化石得到描述时,把复杂毛被出现的历史沿哺乳动物干群大幅向前推进。保温用毛发和触觉毛早在哺乳动物冠群起源之前已经出现;一只开始适应水域生活的柱齿兽类,身上也已有分层毛被。[1][5]
从比较生物学看,浓密毛发有助于保温并调节皮肤与水的接触。毛色、梳理行为、油脂分泌和防水程度则更难复原,这些性质没有留在化石中。标本展示了毛被的层次,至于这层毛被的具体性能,仍需借助比较生物学推求。
也正是在这里,这件标本超出了那套旧故事:中生代哺乳动物一律微小,生活在陆地,以昆虫为食,隐身于恐龙阴影之下。Castorocauda 体型算不上庞大,最初估算把它大致放在小型鸭嘴兽的体重范围内,但这副身体已有明确专化。[1] 后来的柱齿兽类发现进一步强化了这一点:Agilodocodon 带有攀爬适应,Docofossor 则有一整套地下生活特征。游泳、攀爬与挖掘早已出现在灭绝的哺乳形类支系中,远早于后来各自独立演化出相似生活方式的现代哺乳动物各目。[4]
如今的综合研究将这些身体视为生态辐射,也不再把它们看作现生哺乳动物的预演。系统发育位置至关重要:一个干群支系可以发展出丰富的生活方式,同时没有成为后来胎盘类或有袋类专化动物的直接源头。[3][6] 演化反复找到可行答案,保有这些答案的支系,多数已经终止。
一块岩板能够保留多少
JZMP 04-117 直接保存了部分骨架、特化牙齿、强健四肢、改造过的尾椎、毛发、鳞片,以及疑似位于趾间的组织。比较解剖把这些观察转化为游泳、挖掘、保温与水域摄食的假说。各个系统相互吻合,使半水生解释格外有力。[1]
岩板没有保存日常活动。它无法告诉我们这只动物能游多远、多久下水一次、会不会在岸上筑巢,或是哪类猎物构成主要食物。它也没有把 Castorocauda 变成任何现生水生哺乳动物的祖先。这些空白不损害发现的价值,它们划出了这项发现的清晰外缘。
留存下来的内容,意义超过一个熟悉动物的侏罗纪版本。一副柱齿兽类身体表明,生活方式上的创新早于今天与之相联系的动物类群。宽阔软组织桨面之下,尾椎向两侧加宽。毛皮包住一名泳者。双足进入水中,陆上能力依旧保留;牙齿也转向捕捉那里的猎物。
早期哺乳形类仍有属于自身时代的身体,却早已分化出多样面貌。
来源
- Qiang Ji、Zhe-Xi Luo、Chong-Xi Yuan 与 Alan R. Tabrum,〈A Swimming Mammaliaform from the Middle Jurassic and Ecomorphological Diversification of Early Mammals〉,Science 311(2006)——美国国家医学图书馆收录的原始描述记录,涉及 JZMP 04-117 的解剖结构、软组织、年代与功能比较。
- Michael Hopkin,〈Jurassic beaver swims into view〉,Nature News(2006 年 2 月 23 日)——关于这件标本、发现背景和最初生态解释的同期报道。
- Zhe-Xi Luo,〈Transformation and diversification in early mammal evolution〉,Nature 450(2007)——一篇综述,将柱齿兽类的特化与趋同放回中生代哺乳形类的分支演化中理解。
- Laura Demanski,〈Mammal diversity〉,University of Chicago Magazine(2015)——一篇机构文章,将会游泳的 Castorocauda、善攀爬的 Agilodocodon 和善挖掘的 Docofossor 联系起来。
- Naturalis Natuurwijzer,〈Het ontstaan van haren〉(2019)——介绍化石毛被的博物馆学习页面,也是将正模实拍照片署名给 Zhe-Xi Luo 与 Carnegie Museum of Natural History 的来源页。
- Neil P. Kelley 与 Jonathan A. Marcot,〈Untangling the Multiple Ecological Radiations of Early Mammals〉,Trends in Ecology & Evolution 35(2020)——关于生态多样性、趋同,以及为何需要在系统发育脉络中理解干群生态的综述。