Vancleavea campi 尾部的高度,有很大一部分来自皮肤内部形成的骨。
尾部上缘约有 30 枚薄骨依次竖立。它们是皮内成骨(osteoderm),在皮肤内部形成,与椎骨的延伸部分有别。其下方,尾椎也生有细长、向后倾斜的神经棘,因此尾鳍的骨性框架兼有常见的中轴骨骼支架和罕见的皮内支架。近乎完整的 GR 138 骨架显示,每枚皮内成骨都与一节尾椎对应,整列一直延伸到接近尾尖的位置。动物活着时,相邻骨片之间应由软组织连接。它们共同撑起一片背腹向高大的竖直尾鳍,其形态有别于鳄类或坚蜥类覆在背部的骨甲。[1]
这种差别让一种奇特的晚三叠世爬行动物成为耐人寻味的演化实验。在 Vancleavea 身上,同一种骨性材料依身体部位分化成不同构造,遍布喉部、腹部、体侧、四肢和尾部。骨架直接保存了尾鳍罕见的皮内支架。至于软组织把鳍面轮廓补到什么程度、游泳时能产生多大力量,以及它一生有多少时间待在水中,都属于推断。
标本先被拼合,动物后来才被读懂
Vancleavea campi 这一名称以 PEFO 2427 为依据。那是一具残缺骨架,多年来以地表散落材料的形式陆续采自亚利桑那州石化林国家公园。公园博物学家 Phillip Van Cleave 收集了这些骨片,属名后来便取自他的姓氏。骨头风化脱离了原本位置,判断它们是否属于同一具个体时,可靠程度低于直接在岩层中发现的关节相连骨架。1995 年 Vancleavea 正式命名时,它在爬行动物中的位置也未能确定。[1][2]
随着材料增加,这只动物的身体逐渐连贯起来。亚利桑那州钦利组的两具残缺骨架表明,其标志性的皮内成骨与可以辨认的四肢、髋部和椎骨形态属于同一种动物。[2] 随后,GR 138 从新墨西哥州北部幽灵牧场著名的 Coelophysis 采石场出土,成为决定性的参照标本。它近乎完整,并保持关节连接,头骨、躯干、四肢、尾部和大部分甲片仍彼此关联。[1]
GR 138 的保存状态并不完美。尸体在化石化过程中发生扭转,头部与部分躯干朝向不同,骨盆受到扰动,挤压也让头骨变形。其下方还压着另一个关节散开的个体,几件零散骨骼究竟属于哪一个体,因而难以判定。文献所列的全长约 1.25 米,同样来自复原,估计误差为 5–10%。即便如此,原位保存的甲片已经足以说明,早期发现中看似互不相干的骨板其实同属一套解剖系统。[1]
因此,照片中的铸型很有用,也很容易引起误读。照片里的骨架是 GR 138 的博物馆复制品。它与作为复制依据的 GR 138 化石实物有别,也要和物种正模 PEFO 2427 分开辨认。照片呈现的是博物馆对关节相连骨架的复原装架;首要证据仍是经过清修的标本及其解剖描述。[1][5]
五个身体区域,五种皮内成骨形态
“披甲”容易让人想到完整的一层壳。Vancleavea 身上的甲片彼此叠覆,并随身体部位改变形状。细小、表面大多光滑的泪滴形骨片从肩部一路延伸到下颌附近。脊柱上方排列着一列或两列甲片,两侧则覆盖着不对称的叠覆骨板。肩带与腰带之间的腹面铺有大型、近椭圆形的骨板。前后肢周围也有较薄的皮内成骨;由于这些骨片已经散开,它们是否曾组成连续的甲套仍无定论。[1]
这些类别是研究者加在连续渐变解剖形态上的标签。有些区域的交界处,一种形态会逐步过渡到另一种。因此,一枚脱离身体的皮内成骨往往足以较有把握地指向该属,却难以同样准确地确定它原本位于何处。尽管存在这种渐变,GR 138 仍保存了清楚而稳定的分区规律:喉部骨片、背部与体侧甲片、腹面骨板、四肢周围的骨片,以及尾部竖立的骨片序列。[1]
这些骨板没有融合成龟甲般的单一刚性甲壳。许多骨板彼此叠覆,接触处仍保留每个骨片的分界。与标本一同发现的奇特碎片也需要逐件核验。与地表散落的正模材料一同采得的,有一枚大型“Stegosaurus 式尖刺”;GR 138 中未见对应构造,2009 年研究因而保留其归属问题。两类材料的反差说明:保持关节连接的骨架足以确立甲片分布;从地表散落材料中拾得的醒目孤立物,则要等待更多证据才能纳入这一分布。[1]
竖直的皮内成骨加高了尾部
尾背侧的皮内成骨自成一套形态,与单纯加高的体侧骨板不同。整列从何处开始尚不清楚,但骨盆前方没有发现这类骨片。靠前的骨片最大,基部沿尾部中线向两侧扩展;越往后,骨片越低、越窄,也越朝尾尖方向倾斜。这列骨片与一节节连续排列的尾椎一一对应,整列因而呈现稳定的重复单元,也排除了偶然堆积的解释。椎柱腹侧还排列着第二列具棱脊的皮内成骨。[1]
化石直接显示出一列撑起尾鳍的骨片。相邻支架之间连成一体的皮肤边缘,是有充分解剖依据的复原,因为彼此分开的皮内成骨本身无法像完整表面那样推水。软组织的精确轮廓没有保存下来。因此,把这条尾部描述成鳍有坚实依据;若把其边缘精确到毫米,则超出了化石能支持的范围。
尾部也改变了对动物运动方式的推测。GR 138 的手脚均未呈桨状。尾椎关节更适合左右摆动,垂直弯曲的幅度较小;背腹方向较高、左右扁平的尾部,则扩大了横向推进时可用的表面积。这些特征支持以尾部驱动游泳的解释,它或能借此迅速有力地起步。至于速度、捕猎方式或一生中在水下度过的时间占比,化石没有留下记录。[1]
这里的证据需要逐级分清。竖直皮内成骨属于直接观察;连接其间的软组织依据间距和解剖关系复原;它们加深尾部的作用则是功能推断。若进一步描绘 Vancleavea 猛扑某种特定猎物的画面,便又增加一层叙述;这具骨架没有提供食物残留、咬痕或足迹来直接支持这种情节。
半水生判断来自证据累积
尾鳍只是其中一项带有水生意味的特征。Vancleavea 躯干细长,身体低伏,鼻孔开口朝上。归入标本 UCMP 152662 的一根股骨还有增厚的密质骨层,这种状态与部分水生动物的骨骼相容。这些特征彼此呼应,共同支持半水生生态的解释。[1]
每项特征也都可出现在其他生活方式下。四肢相对细长躯干较小,但比例和近缘的 Euparkeria 相似,没有证据显示它们相对祖先状态发生缩短。朝上的鼻孔有助于动物贴近水面呼吸,在主龙形类系统树的其他位置同样可见。陆生与水生动物都能负担厚重骨甲。[1][3]
组织学让这份谨慎更加具体。Vancleavea 皮内成骨的薄切片显示组织致密紧实,整体上与水生或半水生动物相符。然而,完全陆生的爬行动物也会出现相近的致密度,因此仅凭这种组织无法确定生活方式。组织学研究的作者据此把从骨甲致密度推定生活方式视为暂定解释,没有将其视作判定生活方式的诊断性依据。[4]
现有证据描出的 Vancleavea 是能在水陆两处活动的半水生动物,远洋生活超出了证据指向:它的身体适于水中运动,现有材料未显示四肢相对祖先状态缩短,手脚也未呈桨状。高而深的尾部与朝上的鼻孔合在一起,比其中任一特征单独出现时更能说明生态习性。“半水生”来自多项彼此吻合的证据;行为本身没有被化石保存。
头骨把它放在主龙类近旁,仍在冠群之外
披甲躯干的前端是一颗短而高度骨化的头骨。GR 138 保存了朝上开口的外鼻孔和大型下颞孔;另两个常见的头骨开口——眶前孔与上颞孔——则已继发性消失。颌部前段长着大型、向后弯曲的犬齿状牙齿,后方牙冠较小,部分边缘带有锯齿。这组牙齿符合捕食者特征,具体食物仍然未知。[1][3]
生活复原常给 Vancleavea 添上几分鳄鱼般的外观,这种相似仅止于轮廓;在分类上,它位于鳄类所属的主龙类冠群之外。它属于主龙形类,也就是包含冠群主龙类在内的更大演化支系;它自身则位于现生鸟类与现生鳄类最近共同祖先及其全部后代所界定的冠群之外。[1][3]
随着性状矩阵更新、近缘类群陆续得到描述,它在系统树上的精确位置也有过变化。2009 年的分析把它放在比 Proterosuchus 和 Erythrosuchus 更接近冠群主龙类的位置,同时仍置于 Archosauria 之外。[1] 2016 年一项规模更大的分析则把它归入 Proterochampsia,放进一组靠近主龙类、位于冠群之外的主龙形类支系。[3] 两种方案只改变近旁枝系的排列,基本判断维持不变:Vancleavea 位于主龙类之外的一支主龙形类;恐龙和早期鳄类则属于主龙类内部的其他支系。
一个种名之下的漫长谱系尚待厘清
GR 138 提供的完整轮廓也容易让化石记录看上去比实际更整齐。归入 Vancleavea 的材料散见于美国西部彼此相隔很远的晚三叠世地点,时间跨度接近 2000 万年。其中很多材料只有具鉴别性的皮内成骨或椎骨碎片。正模与最完整的归入骨架共享足够多的独特解剖特征,可以归为 V. campi;然而,它们常常没有保存相同部位的骨骼,直接比较受到限制。[1][2]
由此产生了一种分类学上的不对称。骨甲足够独特,可以识别 Vancleavea;同一具身体不同部位的骨甲又有很大变异,孤立骨板未必适合用来区分物种。较完整骨架之间的差异,可以对应生长阶段、个体变异,或多个关系密切的类群。2009 年的作者把已有材料保留在一个物种内,同时明确留下一个开放问题:这段漫长记录是否实际代表一个小型支系。[1]
人们熟悉的 Vancleavea 形象,其实来自一个保存异常完整的个体,它代替一段记录零散的谱系呈现在读者眼前。GR 138 可靠地揭示了整套身体方案:紧凑的头骨、细长躯干、非桨状的脚、依部位分化的骨甲,以及由皮内成骨支架撑起部分鳍面的尾部。它有力支持半水生解释。至于每件归入材料、每项生态细节和尾鳍柔软边缘的确切形态,不确定性依然存在。
人们通常把骨甲讲成盾牌。在 Vancleavea 身上,同一种发育来源的骨性材料分化为腹部骨板、相互叠覆的甲片、肢体覆片,以及重复排列的竖直支柱。化石带来的意外启示,已超出“披甲爬行动物也能游泳”这一事实:演化把防护材料写进了身体轮廓,让尾椎与皮内成骨共同撑起尾部的高度。
来源
- Sterling J. Nesbitt 等,〈Vancleavea campi 的骨学与亲缘关系(Reptilia: Archosauriformes)〉,Zoological Journal of the Linnean Society 157(2009)——关于 GR 138、分区皮内成骨、尾部构造、生态与分类界限的主要描述。
- William G. Parker 与 Bronson J. Barton,〈基于亚利桑那州钦利组新材料补充晚三叠世主龙形类 Vancleavea campi 的信息〉,Palaeontologia Electronica 11(2008)——正模历史,以及早于 GR 138 重新描述的亚利桑那州残缺骨架。
- Martín D. Ezcurra,〈基干主龙型类的系统发育关系:重点讨论古鳄类主龙形类的系统分类〉,PeerJ 4(2016)——比较解剖,以及 Vancleavea 在冠群主龙类之外的主龙形类亲缘关系中的位置。
- Denis A. Ponce 等,〈Doswelliidae 与 Proterochampsidae 的皮内成骨微观结构及其对主龙类干群古生物学的启示〉,Acta Palaeontologica Polonica 62(2017)——皮内成骨组织学,以及依据致密度推断生活方式的限度。
- Neil Pezzoni,〈Vancleavea Ghost Ranch cast〉,Wikimedia Commons(2019)——GR 138 博物馆铸型照片的来源页面及 CC BY 4.0 许可。