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2020-09-15 08:00
千万年前的恐龙蛋和你早餐吃的咸鸭蛋有什么不同?

本文来自微信公众号:科学大院(ID:kexuedayuan),作者:廖俊棋、秦子川


皮蛋是我们中国特有的也很常见的一种食品,但因为它黑乎乎的外表给人一种放了很久的感觉,于是没见过皮蛋的外国人给它取来了一些有趣的名字——世纪蛋(century egg)、百年蛋(hundred-year egg),甚至是千年蛋(thousand-year egg, millennium egg)。当然,真实世界中,皮蛋肯定不是千百年前的蛋,但如果真的有蛋“腌渍”了上千万年,它会是什么样呢?


连食物链顶端的贝爷都要对皮蛋“敬畏三分”(图源:《跟着贝尔去冒险》节目截图)


不要觉得不可能,自然界中还真有腌渍了千万年甚至上亿年的蛋,那就是蛋化石。


我们常吃的咸鸭蛋、皮蛋、溏心蛋等等,制作工艺不外乎都是把蛋浸泡在不同的物质或香料中,让蛋内部的成分与周围的物质发生代换,而这一过程其实和化石形成的过程非常相似。化石的形成也是生物死亡后经过快速掩埋,让原本的有机体结构和周围的岩石矿物逐渐代换,变成类似石头的结构。


放了这么久的蛋自然是不能吃也不能孵化了,但它们却有更重大的意义——科学家能通过对这些化石的研究,了解许多演化的问题,让我们知道最早的蛋是什么样貌、有什么特征等等。


通过这些对“蛋”的研究,许多原来关于“蛋”的观点被一一颠覆。


最早的恐龙蛋是硬壳蛋,还是软壳蛋?


无论是家常的西红柿炒鸡蛋还是下饭的咸鸭蛋,这些我们日常食用的蛋,大多来自于鸟类,而鸟类其实与恐龙有着密不可分的关系。随着长有羽毛的恐龙、四个翅膀的恐龙、孵蛋的恐龙等化石证据的出现,科学家们已经认定鸟类其实就是恐龙唯一没有灭绝的后裔。因为恐龙属于爬行动物中的“主龙类”,鸟类和鳄鱼都属于这个“主龙类”,所以它们的蛋在一定程度上存在着共性,比如这些蛋外部都有一层坚硬的钙质壳。


小盗龙就是恐龙演化到鸟类的重要过渡,可以看到早期的飞行还要靠后肢的另一对翅膀来辅助(图源:维基百科)


现在,人们已经发现了许多不同种类和形状的恐龙蛋,有长的、有圆的,而且都跟鸟类的蛋一样,外部有硬壳。加上现生的鳄鱼也都是硬壳的蛋,所以一直以来,科学家们认为这种硬壳的特征可能在主龙类的祖先中就出现了,因此它们的后代的蛋也都是硬壳的。然而,在中国发现的翼龙蛋却推翻了这个说法,在新疆找到的翼龙蛋化石,虽然经过了石化,却明显有着软壳蛋的特征。


翼龙的软壳蛋化石(图源:参考文献 [1] )


而科学家也找到了最新的证据,证明了原始的恐龙蛋壳其实也是软的。


这项成果发表在《自然》杂志上,主要的研究对象是两种比较原始恐龙的蛋。


其中一个是原角龙的蛋,它是大名鼎鼎的三角龙、中国角龙等角龙类恐龙的祖先类群;而另一类则是鼠龙的蛋,它是蜥脚型类的原始类群,也就是著名的梁龙、腕龙、马门溪龙的原始亲戚。


此次研究对包括上述恐龙蛋在内的大量标本进行了组织学和拉曼光谱分析。拉曼光谱分析法是近年来开始引入古生物学领域的新研究手段,基于印度科学家C.V.拉曼(Raman)所发现的拉曼散射效应,科学家们得以对恐龙蛋化石的表面保存下来的分子进行分析。这也让科学家们对恐龙化石的研究逐步细化,进入到了分子尺度。


基于上述研究,科学家们发现即使对于化石蛋而言,在组织学特征和分子化合物保存方面,软壳蛋和硬壳蛋依然有非常明显的差异。这次主要分析的两种恐龙蛋,就与我们常见的硬壳恐龙蛋不同,是软壳蛋。那么,恐龙蛋中的软壳和硬壳究竟是如何演化的呢?最早的恐龙蛋是软壳还是硬壳的呢?


研究人员采用了另一种风头正盛的分析方法——祖先特征状态重建法,在恐龙的系统发育树上重建了以硬壳蛋、软壳蛋两种特征的祖先状态。


研究发现,虽然我们发现的大量晚白垩世的恐龙蛋都是硬壳的,但实际上早期恐龙是像现在的蛇一样,产软壳蛋的。恐龙是在演化过程中逐渐并多次地演化出了生产硬壳蛋的能力,其中鸟脚类恐龙和兽脚类恐龙看似类似的硬壳蛋并不同源,而是独立演化的结果。


这个结果也解释了困扰科学家们多年的一个问题,那就是恐龙统治陆地超过1.6亿年,但我们仅在白垩纪发现了大量的恐龙蛋化石,这是为什么?这次的研究指出,三叠纪和侏罗纪的恐龙主要生产软壳蛋,这种蛋壳很难保存成为化石,因此也就难以被发现了。 


找到恐龙时代最大颗的软壳蛋,但下蛋的却是……


前面说到软壳蛋大家可能比较陌生,因为我们生活中很少能见到这种蛋。不过自然界中,软壳的蛋并非特别罕见,许多蜥蜴、蛇产的蛋就是软壳的。蜥蜴和蛇跟前面提到的“主龙类”不同,属于另外一个大类群,称为“有鳞类”,它们在恐龙制霸的中生代生存下来,有些分支甚至回到了海中,变成体型惊人的可怕怪物。


软壳的蛇蛋(图源:https://www.flickr.com/photos/myfwcmedia/44655843895)


这类回到海中的爬行动物被称为“海生爬行类”,在中生代知名度最高的莫过于蛇颈龙、鱼龙和沧龙了。现生的爬行动物虽然都是下蛋的,但有许多化石证据表明,中生代海生爬行类的蛇颈龙和鱼龙为了适应水生的环境,会直接产下幼崽,而且分娩的方式还从头部先出来演化成尾部先出来(陆生动物分娩时头部先出可以让胎儿尽早呼吸到空气,以免窒息;但水生则尾部先出,以免胎儿溺毙)


鱼龙分娩的化石,可以看到胎儿尾部先出(图源:https://blog.everythingdinosaur.co.uk/blog/_archives/2010/11/30/4692437.html)


虽然鱼龙跟蛇颈龙都有比较好的化石证据显示它们的分娩方式,但目前对于沧龙生育方式的认识还很少。而今年6月,《自然》上发表了一颗来自南极的疑似沧龙蛋的化石,揭示了有关沧龙生育的不为人知的一面。


这颗蛋被命名为“延迟南极蛋(Antarcticoolithus bradyi)”,南极代表了发现地,而延迟则代表从第一只沧龙发现到找到这颗蛋,已经过了160多年。这颗蛋究竟是不是沧龙的蛋还不好说,但是从蛋壳结构可以确认,它和恐龙蛋有明显的不同,加上同样地层附近还找到沧龙的化石,因此推断应该就是它的蛋,而这也是一颗软壳蛋。


疑似沧龙的软壳蛋 (图源:cdn.sci-news.com)


这颗蛋的另一个特征就是非常大,足足有近30厘米,是目前发现的所有爬行动物的蛋里面第二大的,也是软壳蛋里面最大的。


目前,人们找到的最大的蛋是象鸟的,这种鸟类能长到3米,下的硬壳蛋有34厘米,而这种鸟类的灭绝也就是几百年前的事情,因此这颗南极蛋是目前找到的恐龙时代最大的蛋。


象鸟的骨骼及蛋(图片来源:维基百科)


也许大家会觉得30厘米听起来不是很大,毕竟身高不到2米的我们,胎儿都超过这个大小了,更何况那些体型动辄十数米的中生代怪物们。但是,因为这些爬行动物都是通过产蛋的方式生育后代,它们幼崽的体型也会受限。想象一下,如果要产一颗1米的蛋,蛋壳太薄的话,落地很可能会碎掉,为了坚固把蛋壳加厚的话,里面的幼崽又会无法呼吸。所以只能下比较小的蛋,等孵化后,再通过极高的代谢和生长速率获得惊人的体型。


沧龙虽然名字里也有“龙”字,但它不是恐龙。沧龙和现代的巨蜥是近亲,最大型的种类体长能达到20米左右。虽然它们是白垩纪的海中霸主,但也许是因为演化出来的时间比蛇颈龙和鱼龙晚,因此才保留了比较多蜥蜴、蛇类的原始特征——依然要产蛋而不是直接生出胎儿。此外,沧龙也和多数蜥蜴一样,产下的是软壳蛋。


南极蛋生态复原图(图源:cdn.sci-news.com)


这颗蛋是在白垩纪末期约6800万年前的滨海沉积地层中找到的,目前还无法证明沧龙妈妈究竟是把蛋下在浅海滩,还是像海龟一样上岸下的蛋,还需要科学家更进一步的研究来回答。


南极蛋孵化复原图(图源:cdn.sci-news.com)


日本发现的“小可爱蛋”


看完了最大的蛋,来看看同样发表于今年6月的日本研究,这次是找到了恐龙时代最小的恐龙蛋,成果发表在期刊《白垩纪研究》上。这项发现来自日本西南部的兵库县丹波市1亿1000万年前的白垩纪早期地层,虽说是恐龙蛋,可它的长度才4.5厘米,跟现代的鹌鹑蛋差不多,重量也不到10克。


这次发现的蛋被命名为村上姬蛋(Himeoolithus murakamii),村上是为了纪念过去曾在此处发现大型蜥脚类恐龙“丹波巨龙”化石的村上茂;姬在日文中是公主的意思,也能用来形容小巧可爱,因此这个化石的名字,意译的话也能叫做“小可爱蛋”。


姬蛋化石,在比例尺为1厘米的图中可以看出非常的小巧(图源:参考文献[5])


根据对蛋壳结构的研究可以知道,这是一颗兽脚类恐龙的蛋,由于蛋本身很小,可以推断成体恐龙应该也是非常小型的种类。除此之外,在同一地层也找到最少3种以上结构不同的兽脚类恐龙的蛋,这说明白垩纪早期的兵库县是个生态丰富的地方,除了有大型蜥脚类恐龙丹波巨龙外,更有许多小型的兽脚类恐龙共存。


该地区除了小巧可爱的(4)姬蛋外,还有找到另外三种恐龙蛋(1~3)(图源:参考文献[4])


相对于恐龙骨骼化石而言,学界对恐龙,或者说中生代爬行动物的蛋化石的研究还远远谈不上丰富和清楚。但就在过去的半年里面,古生物学家们相继在多个重要刊物上发表了关于蛋化石的研究,把曾经中生代化石中不太起眼的“小角色”推到了舞台中央。也让我们看到,蛋化石绝非是骨骼化石枯燥的陪衬,反而因为它们能保存丰富的组织学、地球化学和生物化学信息,正日渐成为研究中生代脊椎动物不可或缺的化石材料。希望在未来,恐龙蛋化石能带来更多的惊喜,在“金蛋”当中能“砸”出更多恐龙时代的奥秘!


参考文献:

[1] Wang X, Kellner AWA, Jiang S, et al. Sexually dimorphic tridimensionally preserved pterosaurs and their eggs from China [published correction appears in Curr Biol. 2014 Jul 21;24(14):1677]. Curr Biol. 2014;24(12):1323-1330. doi:10.1016/j.cub.2014.04.054

[2] Norell, M.A., Wiemann, J., Fabbri, M. et al. The first dinosaur egg was soft. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2412-8

[3] L.J. Legendre et al. A giant soft-shelled egg from the Late Cretaceous of Antarctica. Nature, published online June 17, 2020; doi: 10.1038/s41586-020-2377-7

[4] Kohei Tanaka et al. Exceptionally small theropod eggs from the Lower Cretaceous Ohyamashimo Formation of Tamba, Hyogo Prefecture, Japan, Cretaceous Research (2020). DOI: 10.1016/j.cretres.2020.104519

[5] Tiny japanese dinosaur eggs help unscramble cretaceous ecosystem (2020, June 25) retrieved 25 June 2020 from https://phys.org/news/2020-06-tiny-japanese-dinosaur-eggsunscramble.  Html

[6] Dawson R R, Field D J, Hull P M, et al. Eggshell geochemistry reveals ancestral metabolic thermoregulation in Dinosauria[J]. Science Advances, 2020, 6(7): eaax9361.



本文来自微信公众号:科学大院(ID:kexuedayuan),作者:廖俊棋(中科院古脊椎所)、秦子川(英国布里斯托大学)

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