问题

为什么鹦鹉螺可以数亿年来没有太大的外观上的变化?这是非常特例的情况吗?还是有很多类似的例子?

回答
鹦鹉螺,这种生活在深海的奇妙生物,它们的外形之所以能在数亿年的漫长岁月中保持相对稳定,确实是一个令人着迷的生命之谜。要想理解这一点,我们得深入了解它们的生存环境、生活方式以及它们所拥有的“秘密武器”。

首先,要明白鹦鹉螺并非“完全”没有变化,而是说它们在形态上的“基本框架”——比如那标志性的螺旋状外壳,以及由此延伸出的触手结构——没有发生颠覆性的改造。这就像一个古老的建筑,虽然内部的装潢、家具可能随着时代更新,但建筑本身的结构、外观却依然保留着几百年前的风貌。

那么,为什么这个“基本框架”如此顽固呢?这很大程度上要归结于鹦鹉螺所处的生存环境——那是地球上最稳定、变化最少的地方之一:深海。想象一下,深海的温度几乎恒定,压力巨大,光线稀少,食物来源虽然可能分散,但总体来说,那里的环境不像陆地或浅海那样,会经历剧烈的气候变迁、地壳运动,或者来自捕食者的巨大生存压力。在这样的环境下,一套能够有效应对深海生存挑战的“设计方案”,一旦被开发出来并证明可行,它就没必要进行大规模的“升级换代”。

鹦鹉螺的螺旋外壳,正是这样一套高效且适应性强的“设计”。这个外壳并非只是简单的保护层,它内部被隔成了许多小腔室,鹦鹉螺可以通过调节这些腔室内的气体和液体来改变自身的浮力,从而在水中精确地控制升降。这就像是拥有了一个自带的“潜水钟”,能够在不同深度游弋,捕捉猎物,躲避危险。在数亿年的时间里,这种“浮力控制系统”被证明是极其成功的,所以它并没有因为环境的变化而需要做出根本性的改变。

此外,鹦鹉螺的生活方式也相对“保守”。它们是典型的“守株待兔”型捕食者,依靠触手捕捉经过的浮游生物或小鱼。这种捕食策略不需要它们发展出快速奔跑、飞行或者复杂协作的能力。它们的触手虽然数量众多(可达数十甚至上百条),但其基本功能和形态并没有发生革命性的演变,足以胜任它们的生活需求。

所以,鹦鹉螺的长久“稳定”并非完全孤例,但确实是相对特殊的。在生物演化的漫长河流中,许多物种经历了翻天覆地的变化,以适应不断变化的世界。例如,陆地上的哺乳动物,从最初的微小、不起眼的生物,演化出了如今形态各异、功能强大的种类,从灵巧的猴子到庞大的鲸鱼,再到能飞的蝙蝠,这都是巨大变化的体现。

但是,也有一些生物,虽然不像鹦鹉螺那样极端,但也在漫长的时间里保持了相对稳定的形态。例如,某些“活化石”生物,如腔棘鱼,它们的外形在数千万年里也变化不大。这些生物往往也与鹦鹉螺有相似之处:它们通常生活在相对稳定的环境中,拥有高效且不需要大幅改进的生存策略,并且在演化上可能进入了一个相对“成熟”的阶段,不再需要冒着风险进行剧烈的形态改造。

总而言之,鹦鹉螺之所以能够数亿年如一日地保持其基本外观,是因为它们找到了一套在特定环境中极为高效且适应性强的生存模式。这种模式,加上它们所处的稳定深海环境,共同作用的结果,让它们成为了地球生命史上一位名副其实的“时间旅行者”,以一种令人惊叹的方式,跨越了漫长的地质年代,向我们展示了生命演化的另一种可能——那就是“不改变,也是一种成功”。

网友意见

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鹦鹉螺并不是活化石,也没有在几亿年来没有太大的外观变化。

抛开广义上的鹦鹉螺,“鹦鹉螺亚纲”不谈,我们只说一下狭义上的鹦鹉螺“鹦鹉螺目”。

这个也是鹦鹉螺~


但在那之前,还是要先放一些鹦鹉螺亚纲的图片,显示一下这个家族曾有多么多样:


爱丽斯木角石目的短弯锥壳;


内角石目和直角石目的长直壳;

内角石目和直角石目的长直壳;



珠角石目的乌贼形扁平壳;


塔飞角石的旋卷壳;
叠盘角石的弯钩壳;
袋角石目的袋状壳;
箭钩角石目的短形壳。



狭义上的鹦鹉螺,鹦鹉螺目Nautilida便是由最后一张图的箭钩角石目于泥盆纪初演变而来。很明显,鹦鹉螺刚刚出现的时候不可能是现代的样子,而是接近于箭钩角石的形态。这就是皱角石科(Rutoceratidae),所有鹦鹉螺的祖先。它的形态是这样的:


皱角石具有直,弯曲、或紧密盘旋的壳,具有简单的缝合线和由翅、棘、节、肋和突起组成的表面装饰。


举一个化石,皱巴巴的不完整螺旋形。


还有带刺的,和鹦鹉螺完全不一样。


泥盆纪——石炭纪,鹦鹉螺的种群进行了一次强烈的扩张。这次扩张产生了四个多样的超科:头带角石超科 Tainocerataceae、三角角石超科Trigonocerataceae、克莱底鹦鹉螺超科Clydonautilaceae和垂悬角石超科Aipocerataceae。

鹦鹉螺的演化谱系


其中,头带角石超科Tainocerataceae的特征是具翅、褶边、棘、节或肋的直到弯曲或松散卷曲、外卷的贝壳,三角角石超科Triggonocerataceae是外卷到内卷、一般侧扁的贝壳,早期种类有而后期种类大多无纹饰;克莱底鹦鹉螺超科Clydonautilaceae为光滑的,卷曲到内卷的贝壳,缝合线直到高度弯曲;最后,在垂悬角石超科Aipocerataceae中,体管位于极端的腹侧位置。

看上文可能看不出来,那么接下来上图:


头带角石超科的头带角石科


头带角石超科的另一个大科,康尼克角石科Koninckioceratidae。具有外宽内窄的悠悠球样的壳;
现代复原的模型,顶盔带刺;
奇特的二叠纪鹦鹉螺,头带角石超科的Cooperoceras


三角角石科的化石,略接近现代鹦鹉螺,但也有一些具有特殊的装饰。这一超科便是现代鹦鹉螺的起源。


克莱底鹦鹉螺超科的缝合线高度分化,晚三叠世的克莱底鹦鹉螺科(Clydonautilidae)棱鹦鹉螺科(Gonionautilidae)和西比尔鹦鹉螺科(Siberionautilidae)代表了角石中缝合线发展的最高峰,接近于棱菊石;




垂悬角石超科是另一种奇特的鹦鹉螺,其中的管缘角石在脐部附近长有两根巨大的刺, 起到防御作用。

然而,在二叠纪和三叠纪,鹦鹉螺的族群出现了巨大的危机。在二叠纪后期,大部分鹦鹉螺的科大部分灭绝,只有纹鹦鹉螺科(Liroceratidae)、头带角石科(Tainoceratidae)和Grypoceratidae延续到三叠纪。

在三叠纪接近尾声时,所有的鹦鹉螺都接近灭绝。除在中二叠纪灭绝的垂悬角石超科外,头带角石超科、三角角石超科和克莱顿鹦鹉螺超科也在三叠纪末全部灭绝,只有三角角石科管角石科(Syringonautilidae)的一个属生存下来,并演化为鹦鹉螺超科(Nautilaceae)。


这个“管角石科”长这个样子——光滑,内卷的壳,有轻微弯曲的缝合线,与现代鹦鹉螺的样子相差不大。



这一支唯一幸存的鹦鹉螺后来演化为一个单一的属,称为“新生角石(Cenoceras)”,取“重获新生”之意,意为在几乎全部灭绝后的幸存和再度演化。


新生角石的复原,所有的早、中侏罗纪鹦鹉螺都属于这个单一的属。

新生角石也是之后所有的鹦鹉螺的基础。从侏罗纪开始,鹦鹉螺的形态变化就十分缓慢,似乎进入了“演化停滞”的状态,鹦鹉螺数亿年不变的传言也由此时而起。

但这是真的吗?很明显不是。在中生代,乃至新生代,鹦鹉螺仍具有强大的辐射能力,并不断进行迅速的演化,只是由于生存压力的缘故,它们外壳的形态受到了两个主要因素的限制:有效游泳的需要和浮力控制系统的考虑。

在鹦鹉螺中,解决这两个问题的方法导致了固定的形态短的体室(用于游泳的肌肉可以直线收缩,并且可以在气室中形成垂直方向的体管)以及光滑,内卷的壳形——无论是鹦鹉螺还是菊石,这种形态都是最适合游泳的形态。有效游泳的需要严重限制了鹦鹉螺外壳装饰和贝壳形状的类型,导致它们的物种形成事件可能以形态上非常微小的变化为特征。也许物种形成事件很常见,只是在化石记录中被小样本掩盖了。

也就是说,鹦鹉螺在迅速的演化,但在每个新物种事件中只发生轻微的变化,并不断地恢复到相似的形式,因此在宏观上,演化是停滞的,表现为“几亿年不变”,“活化石”的样子。

但在很长的时间里,仍能看出鹦鹉螺明显的演化三叠纪后的鹦鹉螺在世界范围内演化出从内卷到外卷,从具条纹到光滑的形态,如晚侏罗纪至新生代广泛存在的外扩角石科(Eutrephoceratidae):


外扩角石科(Eutrephoceratidae)


从侏罗纪到中新生代共有10个属,以带有肋的贝壳为特征的波角石科 (Cymatoceratidae)。它们是后三叠纪的鹦鹉螺类中唯一有纹饰的类群;
缝合线尤为发育的板舌角石科(Hercoglossidae):
拥有鹦鹉螺中最复杂和特殊的缝合线之一的阿尔图鹦鹉螺科(Aturidae)

这是侏罗纪——新生代鹦鹉螺的演变,其中并没有现代的鹦鹉螺。而现存的鹦鹉螺属(Nautilus),起源于澳大利亚中新世的一个外扩角石祖先,实际上出现于全新世——与人类的出现同时这说明它们是最近才形成的,物种的历史不超过几万年。

鹦鹉螺从不是活化石。它们仍具有旺盛的演化潜力。Kummel(1956)描述了20种中新世岩石中发现的鹦鹉螺类动物,其中没有一种属于上新世或更新世,这意味着它们都在中新世末之前灭绝,其后的鹦鹉螺则新演化出的;现代鹦鹉螺属则于更新世才出现,不比人类早特别多。实际上,鹦鹉螺属似乎在紧接着的全新世前的岩石中没有祖先;也就是说,从上新世和更新世的岩石中,从来没有任何关于鹦鹉螺的化石记录,它们的化石与人类几乎一起出现。

虽然现代鹦鹉螺只剩一属,看起来已经如风中残烛,行将就木,但不要忘了,在三叠纪后,鹦鹉螺同样是只剩一属,而它们一直生存到现在,并演化出数百种新的鹦鹉螺类。现在鹦鹉螺的衰落,可能也只是它们历史上众多“危机”中的一个而已。

只要它们生存下去,我们便可能将见证一次新的演化和扩张,而不是最终的灭绝。

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