【龟鳖目】龟壳是如何进化的？

“穿着硬壳，缩着头，缩着头，水面用四只脚划着，海岸慢慢地跑。”这个谜大家都能猜到是乌龟。但是你知道乌龟的壳是什么样子吗？

伊索寓言中有这样一个故事：天神宙斯和赫拉结婚的时候，赫尔墨斯邀请了所有动物，所有人都去了，但只有乌龟缺席。事后问为什么不来，乌龟给的理由很无礼。不喜欢交往，说更喜欢家。赫尔墨斯生气了，发出恶毒的诅咒，让他一辈子缩成“房奴”。

当然，这只是寓言。就像动物王国的所有奇迹一样，龟壳也要进化。但是龟壳的进化多年来一直是个谜，近年来完整的故事结合在一起。令人惊讶的是，这个起源故事与古生物学家以前的推测大不相同。

乌龟独特的身体结构

乌龟属于爬行动物河下的一个分支：——龟目。龟目动物还包括乌龟、乌龟等。他们有的生活在海洋里，有的生活在淡水里，有的像沙漠乌龟一样，生活在令我们惊讶和干燥的草原和沙漠里。在这篇文章里，为了方便，我们统一用“乌龟”来称呼他们。

在现存或灭绝的脊椎动物中，海龟可以说是独一无二的，只有它们的身体被独特的坚硬外壳包围着。其他动物也进化出了覆盖全身的盔甲(如天山甲)，但只有龟壳将脊椎骨骼和肋骨完全结合在一起。

龟壳由一排紧密相连的骨板组成。背后的甲壳动物通过其下面平坦的胸甲和宽阔的肋骨连接在一起。龟壳像箱子一样包裹着乌龟的身体，只在头、脖子、前腿、尾巴等处打开，所以乌龟有危险的时候，可以把壳带进去。这种结构在脊椎动物中是独一无二的。如果你的肩膀掉进胸腔，你的胳膊还能动吗？但是乌龟的四肢可以。

从19世纪初开始，动物学家们就在研究现代龟类的胚胎，追踪龟壳的发育过程。他们证明龟壳的其他部分是骨骼的其他部分——主要是从脊椎骨骼和肋骨——发展而来的。乌龟胚胎等处肋骨变宽，向两侧伸展。不是像大多数爬行动物一样为了包裹身体而向下弯曲。

另一个困惑的是乌龟的头骨。几乎所有其他爬行动物(蜥蜴或霸王龙)的头骨背面，即后脑勺位置都有两个孔，用于连接下巴肌肉。调整下巴肌肉的伸展，下巴一张。乌龟的头骨上没有这两个洞。

这些特征使乌龟成为奇怪的物种，似乎与其他爬行动物没有明显的联系。

寻找最古老的乌龟化石

龟壳的起源使古物价陷入困境。这种完整的外壳需要经历一系列进化，但不太清楚所有的变化过程会给乌龟带来什么样的生存优势。(莎士比亚)。

1887年，人们在德国发现了古代海龟的化石。这个古老的物种被称为“原颚龟”。原来海龟生活在大约2.2亿年前，是长期以来我们所知道的最原始的海龟。(约翰f肯尼迪，美国电视剧)在很多方面，它与现在的乌龟不同。虽然它的身上已经有完整的龟壳，但我们找不到龟壳起源的线索。(阿尔伯特爱因斯坦)乌龟。

一个多世纪以来，古生物学家一直推测原始乌龟的样子。有人认为乌龟的甲壳类应该“从点到面”逐步形成，应该寻找背部和腹部有骨头的化石，因为这是龟壳形成的第一个迹象。(阿尔伯特爱因斯坦)乌龟。

但是之后的故事完全出乎意料。2008年，中国科学家发现了与原颚龟年龄相仿的新海龟化石。它有宽而直的肋骨，但背部没有任何甲壳类。最令人吃惊的是腹部有已经完全成形的胸甲。就像现在的乌龟一样。它被称为“穿甲龟”。半甲龟似乎比原来的颚龟更原始，它的样子表明乌龟的壳不是“占卜”的，而是先到先得的。(阿尔伯特爱因斯坦，美国作家)。

这一发现使古生物学家们豁然开朗，此后将搜索重点放在肋骨变宽的动物化石上。从那时起，新发现越来越多。2015年，古生物学家在德国2.4亿年的湖泊沉积物中发现了更古老的海龟化石。它被称为“始祖龟”。始祖乌龟比乌龟更像胖乎乎的小蜥蜴。它的主要肋骨很宽，从脊椎骨向两侧延伸。与半甲龟不同，始祖龟没有胸甲，但腹部肌肉有肋骨状的骨头。这个腹部的“肋骨”类似于现代海龟胚胎的细长骨头，这些纤细的骨头最终融合在一起，成为胸甲的板状骨骼。

这时古生物学家们意识到他们手上已经有最古老的海龟化石，只是以前把它分类错了。John F . Kennedy，Northern Exposure(美国电视剧)，动物名言)这种海龟于1892年在南非2.6亿年前的岩石中被发现，以前被认为是古老的蜥蜴，现在被称为郑南龟。郑南龟没有背壳，也没有胸甲，但有异常宽阔、强烈弯曲的肋骨，部分重叠，似乎准备今后合并。

把这些化石线索加在一起，就能相当清楚乌龟是如何获得外壳的。

还原龟壳的进化史

郑南龟的前腿比后腿大，前脚也更大。强壮的手臂骨骼使强壮的肌肉有巨大的连接点，这些肌肉可以有力地吸引手臂。(威廉莎士比亚，《哈姆雷特》，《健康》)所有这些特征都表明，郑南龟是一个有能力的发掘者。

大约2.98亿年前到2.52亿年前的二叠纪时代，蜥蜴

蜴类爬行动物，如正南龟，是在地上刨食或寻找藏身之所的。正南龟宽阔的肋骨可以稳定身体，在挖掘时为手臂提供帮助。做挖掘工，肋骨较宽会更有效率，这就赋予了它们一个生存优势。从那之后，也许是在挖掘时，为了保护它们的内脏免受挤压，乌龟祖先的腹部进化出胸甲。换句话说，龟壳进化的第一步，也就是肋骨的加宽，显然不是为了防范天敌，而是出于工作需要。

至于背甲的出现，则相对较晚。乌龟以移动速度慢著称，容易受捕食者攻击，为了弥补这一缺陷，它们的肋骨后来沿着背部扩张，与胸甲相连，形成一个封闭的甲壳，最终完全裹住了身体。再后来，由于挖掘的动作与狗刨式游泳动作相似，当环境变化时，乌龟就自然地由钻地工变成了称职的游泳者。

这就是古生物学家还原的龟壳进化史。

然而，这一剧情中依然有一些盲点。特别是关于龟壳的上半部分是在乌龟游泳之前还是之后进化来的，仍然存在争议。我们不知道确切答案的部分原因是，在正南龟和半甲齿龟之间，存在着数千万年的间隔，而我们不知道其间发生了什么。毫无疑问，研究人员将会在未来几年挖掘出更多龟类祖先的化石。龟壳的进化史也像龟壳一样，将会逐步完整起来。

这些进化奇迹是如何发生的？

得益于化石和基因组分析两方面的新证据，我们已经逐步了解动物王国中一些奇迹是如何发生的。

鲸是如何失去双腿的？

鲸的祖先是陆生的鹿类动物，因偶然冒险下水觅食，它们开始学会在水里生活。

大约5000万年前，鲸的祖先还是靠踢两条腿游泳（类似狗刨），后来逐渐进化出较短的腿，再后来又进化出带蹼的四肢，有力的尾巴和长长的鼻子。

起初，保留的腿还给了它们返回陆地休息或繁殖的可能。后来，它们开始学会以起伏的姿势游泳。这种游泳动作需要灵活摆动尾巴来掌舵，而后肢的存在有碍尾巴的摆动。于是，在生存竞争的压力下，后肢就逐渐退化消失了。

斑马是怎么长出条纹皮毛的？

对于斑马进化出条纹的原因，科学家们提出过很多解释，从伪装到热调节都有，但在过去的几年里，一种解释占了上风。

2019年，科学家对圈养的斑马和马进行了研究。研究显示，与马相比，落到斑马身上的马蝇更少。给马穿上黑白条纹布外套，把它装扮成斑马的样子之后，落在它上面的马蝇也奇迹般地减少了。

为什么斑马条纹会减少马蝇降落的次数？一种可能是，斑马条纹能眩花马蝇的眼睛，使它们晕头转向。在斑马生活的非洲，马蝇可以传播致命的寄生虫。斑马进化出这身“迷彩服”，可能正是为了避免受感染。

熊猫是怎么长出灵活的大拇指的？

人类的大拇指能弯曲到与其余四指相对，没这个特征，我们就无法握笔写字；能做到这一点的动物并不多。不过，看似笨拙的熊猫差不多也能做到。在它们前爪的五个脚趾旁边，有一根粗短而灵活的腕骨，它们拿它像拇指一样使用，我们称其为“假拇指”。大熊猫和小熊猫都有假拇指，它们为什么会进化出这个东西呢？

最近，科学家找到了与哺乳动物肢体发育有关的两个基因，当它们突变时，会多长出一根指头。看来，两种熊猫身上正是独立地发生了这种突变。在别的动物身上，这种突变是有害的，但对于熊猫，假拇指却是有用的，特别当它们剥吃竹笋——它们非常重要的营养来源——的时候，离开了假拇指，就无法剥掉笋壳。