鯨豚到底是由何演化為海中哺乳動物,難有完整的證據證明。一般科學家推測是由距今五千萬 ~ 六千萬年前的有蹄類動物(例如:牛、羊、鹿)中爪獸 ──一種生活於水邊的肉食性動物。
鯨豚為了適應水中生活,在外觀上有了極大的變化,但其身體內部器官則和陸地哺乳動物相似。哺乳動物在水中生活所面臨最大的困難為「保溫」與「呼吸」,鯨豚如何克服呢 ?
1. 保溫:
(1)鯨油:可達50 cm ~ 70cm ,是有效的絕緣體。
(2)特殊血管構造:由神經控制的大量大型小動脈,能適時幫助身體保溫及散熱。
2. 呼吸:
(1)紅血球:血紅素濃度高,增加攜氧量。肌肉中亦有血紅素可存氧。
3. 外觀 :
(1)眼睛分泌透明而濃稠的液體保護不受海水刺激
(2)軀幹呈流線形、前肢扁平似漿、後肢退化、長出背鰭和尾鰭、鼻孔上移、外耳和毛髮退化。
鯨豚身體構造的改變令人不得不讚嘆造物者的偉大,他賦予萬物能選擇並適應生活環境的演化機制。
土侖階
Turonian stage
白堊紀晚期的地層和年代畫分單元。
出自《科學人》2006年11月號〈生物大滅絕另有真凶!〉
‧《電飯鍋原理?》
‧《如何用奈米描述一件事?》
‧《邏輯問題》
鯨魚如何征服海洋?
路上的哺乳動物,如何走入海洋?
撰文╱黃凱特(Kate Wong),ScientificAmerican.com撰述兼編輯
翻譯/王道還,中研院史語所助理研究員,專長為生物人類學。
他們說,海洋很冷
但是海洋中有
最熱血的生物
最野性的,最熱切的。
——勞倫斯,〈鯨魚別哭!〉
會走路的鯨魚
1960年代,凡威倫(Leigh Van Valen)研究原蹄類化石,他的結論支持鯨豚與偶蹄類源自同一共祖的看法。原蹄類是原始的有蹄哺乳類,不過還沒演化成偶蹄類或其他的哺乳類目。凡威倫當年還是個研究生,他在紐約市的美國自然史博物館,發現幾個已知鯨豚化石的牙齒有三丘齒(three-cusped teeth),與原蹄目的肉食動物「中爪獸」極為相似。此外,他發現了偶蹄類與原蹄類的另一類「北犬獸」有共同的牙齒特徵,北犬獸也是中爪獸的近親。凡威倫的結論是,鯨豚是從肉食、似狼的中爪獸演化來的,因此與偶蹄類一樣,都源自原蹄類。
凡威倫提出「鯨豚源自中爪獸」假說10年後,古生物學者才找到接近鯨豚演化分化點的化石。但一開始,學者並不十分清楚這些發現的意義。事情得從密西根大學古生物學家金格瑞西(Philip Gingerich)到巴基斯坦去尋找始新世陸棲哺乳類說起。那是1977年,他去的地方有人報告過,說是有他想找的化石。他們到了當地之後非常失望,因為只找到海洋動物化石。在巴基斯坦發現古代海洋生物的遺跡,且遺址距離現在的海岸非常遠,並不令人驚訝:在始新世,廣大的特提斯海每隔一段時間就會將今日印度次大陸的大部分地方都淹沒。不過有趣的是,金格瑞西的團隊找到的化石,除了古代魚類、蝸牛,還有兩塊骨盆化石,似乎屬於體型大、有腿的動物。金格瑞西笑著回憶道︰「我們開玩笑地說那是『會走路的鯨魚』,那時是不可能當真的。」這些骨盆碎片儘管令人好奇,但在那個田野季節裡採集的化石中,當時看來似乎只有一個很重要,那是一個原始偶蹄類的顎骨,是在巴基斯坦另一個遺址發現的。
兩年後,在巴基斯坦北部的喜馬拉雅山丘陵地帶,金格瑞西的團隊找到另一個古怪的鯨豚線索:一個不完整的腦顱,似乎是個體型像狼的動物,可是帶有一些鯨豚類獨有的特徵;與它同時出土的都是5000萬年前的陸棲哺乳類化石。所有現代鯨豚的耳朵都有其他脊椎動物所沒有的特徵。雖然那個化石頭骨缺少在水中聽方位(現生鯨豚不可或缺的本領)所需的構造,卻有鯨豚類特有的耳朵特徵,一點都不含糊。金格瑞西團隊發現的是最古老、最原始的鯨豚,當年牠必然要在陸地消磨一些時間;大部分時間都待在陸上也說不定。金格瑞西為牠取名為「巴基鯨」(Pakicetus),紀念出土化石的地方,而他也迷上了鯨豚起源問題,於是開始認真搜尋古代鯨豚化石。
大約在同時,另一個團隊找到了更多巴基鯨化石(一塊下顎化石碎片與一些個別的牙齒),支持鯨豚類與中爪獸因為牙齒極為相似而有演化關聯的說法。巴基鯨大約在5000萬年前出現,而同一時間同一地點也有中爪獸存在,鯨豚從中爪獸或牠們的近親演化而來的看法,似乎越來越接近真相了。但是最初的鯨豚脖子以下究竟長什麼樣兒,仍然是個謎。
不過,巴基斯坦還藏著更多的鯨豚演化秘密。到了1983年,蘇聯入侵阿富汗,金格瑞西無法在巴基斯坦繼續搜尋化石。他決定到埃及搜尋,目的地是開羅西南152公里處的械齒鯨谷(位於西部沙漠中)。那裡在20世紀初發現過古代鯨魚化石,當時稱那些古鯨為械齒鯨。埃及與巴基斯坦一樣,都曾大半淹沒在特提斯海中。今天,當年在古代大洋中悠游的動物,骨架都埋藏在砂岩中。幾個田野季節之後,金格瑞西的團隊有了重大發現:第一個「鯨豚有腳」的證據,那是龍王鯨(Basilosaurus)的微小後肢骨。龍王鯨身長18公尺,像一條海蛇。
龍王鯨生活在4000~3700萬年前(始新世末期),是完全生活在水中的怪物。過去發現的化石中,只找到一根股骨殘片,發現者認為那是已退化的痕跡器官。但是金格瑞西發現的化石有腿有腳,形態完整,表示仍有功能。這條小巧的後肢長不到半公尺,也許不能協助龍王鯨游泳,更不能讓牠們在陸上行走,但是也許能在牠們困難的水中交配過程中引導蛇一般的身體。無論功能是什麼,那後肢雖小,意義卻很大。「我立刻想到,這地層是在巴基鯨出現之後的1000萬年,」金格瑞西興奮地回憶道,「要是這些動物仍然還有腳有趾,我們就有1000萬年的歷史可看了。」他們在巴基斯坦所說的玩笑話,「會走路的鯨魚」,突然間似乎完全是可能的了。
這種奇妙的動物居然在1992年現身了。美國東北俄亥俄大學醫學院解剖系副教授泰維生(J.G.M. (Hans) Thewissen)領導的團隊,在巴基斯坦北部4800萬年前的海洋岩石中,找到了一具幾乎完整的骨架,正巧介於現代鯨豚與牠們的陸棲祖先之間。牠的腳很大,尾巴強而有力,顯示牠的游泳本領高強,可是牠的腿骨結實、肘腕關節可以活動,也透露了牠能在陸地上行走的本領。泰維生將牠命名為陸行鯨(Ambulocetus natans),意指既能步行又會游泳的鯨豚。
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