書接上回,上一期和各位讀者介紹了偽鱷家族中的素食主義者-堅蜥目,同時也向大家簡單敘述了鱷魚所屬的家族-偽鱷類。這一期要和各位介紹的偽鱷,不同於現在的鱷魚與堅蜥,牠們是三疊紀的霸主,偽鱷中的鱷霸——牠們就是勞氏鱷科。
勞氏鱷藝術復原圖,感謝Paleocolour分享
什麼是勞氏鱷科,牠們與鱷魚有什麼結構上的相同與差異
提到勞氏鱷科,大多數人的第一反應可能是:「這是什麼動物?鱷魚嗎?」然而,當我們把牠們的化石展示給觀眾時,得到的答案卻往往是:「這不是恐龍嗎?四條腿站立的恐龍!」確實,相較於家喻戶曉的恐龍,偽鱷類(Pseudosuchia)的知名度低得多,以至於許多人並不知道,三疊紀其實是一個由偽鱷主宰的時代。而在這群橫行天下的偽鱷中,勞氏鱷科(Rauisuchidae)堪稱體型最大、最兇猛的類群。
勞氏鱷復原圖與比例尺,感謝Paleocolour分享
那麼,勞氏鱷科究竟是什麼樣的爬行動物呢?勞氏鱷科是一類四足直立行走的偽鱷統稱,其代表物種是勞氏鱷(Rauisuchus tiradentes),屬名意為「Rau的鱷魚」,用以紀念德國古生物學家Wilhelm Rau博士。雖然名字帶有「鱷」字,勞氏鱷卻不是鱷魚,也不是鱷魚的直接祖先,頂多只能算是鱷魚的遠古親戚。牠們之所以與鱷魚同被歸入偽鱷類,是因為骨骼結構上的一些共同特徵。例如,勞氏鱷和許多三疊紀偽鱷一樣,擁有皮下成骨(dermal ossification)與鑲嵌踝關節(crurotarsal ankle),這些特徵在現代鱷魚身上也能找到。
有趣的是,與傾向水陸兩棲生活的鱷魚不同,勞氏鱷科的成員全是陸生動物,且在陸地上擁有驚人的運動能力。化石證據顯示,勞氏鱷科的成員普遍具備修長的四肢和強壯的胸帶(由鎖骨、喙骨和肩胛骨組成的結構),這些特徵表明牠們生前可能是積極獵食的掠食者。更特別的是,勞氏鱷還掌握了一種現代鱷魚所沒有的運動方式——直立雙足行走。
波斯特鱷骨骼復原圖,可以看到牠們強壯的四肢與胸帶(肩胛骨、鎖骨與鳥喙骨構成部分),紅色部分展現了偽鱷類獨特的股骨,感謝RobinGoodfellow_(m)分享
先前在介紹植龍(phytosaur)與堅蜥(aetosaur)的文章中提到,偽鱷類與鳥蹠類(Avemetatarsalia)的最大差異在於髖關節與骨盆結構。這兩大主龍類(Archosauria)分支在演化中分別採用了不同的直立方式:偽鱷類發展出「柱狀直立」(pillar-erect posture),而鳥蹠類則是「完全直立」(erect posture)。對勞氏鱷而言,牠們演化出的柱狀直立骨盆,讓牠們在快速衝向獵物時,能夠短暫解放前肢,用前肢直接壓制獵物。這種獨特的步態,使勞氏鱷得以成為三疊紀的主流掠食者。(想了解更多細節,可參考筆者之前的文章。https://vocus.cc/article/671cec20fd89780001af8c14。
https://vocus.cc/article/67579b31fd89780001acb4b4。)
爬行動物的三種站姿,感謝Fred the Oyster分享
當然,光靠跑得快還不足以稱霸,勞氏鱷成功的另一關鍵在於牠們獨特的頭骨結構。與鱷魚細長扁平的頭骨相比,勞氏鱷的頭骨顯得高而短,顱骨上佈滿各種孔洞,外觀更接近後來出現的肉食性恐龍。這種相似其實是趨同演化(convergent evolution)的結果——這種頭骨結構恰好是肉食性主龍的最佳設計。
真鱷類頭骨,具體種類不詳,感謝quinet分享
獸腳類恐龍-異特龍頭骨化石複製品,感謝brianbrarian分享
勞氏鱷之所以演化出短而高、佈滿孔洞的面部,是因為這樣的結構能最大化咬合肌肉的附著面積。例如,下頜孔(mandibular fenestra)能容納強大的下頜咬肌;眼框前的框前孔(antorbital fenestra)則減輕頭部重量,平衡頸部壓力。此外,勞氏鱷的眼框特別大,位於顱骨兩側靠近框前孔的位置,這賦予牠們類似恐龍的立體視覺,能精確判斷獵物的距離。(註:水生種類的植龍或現代鱷魚演化出靠近頭頂的眼睛,其視覺可能與勞氏鱷有所不同)
勞氏鱷的頭骨,可以配合上圖勞氏鱷圖片,看到不同於鱷類的框前孔與巨大的眼框骨,以及容納巨大嗅球的口鼻部,感謝mark byzewski分享
除了大眼睛,勞氏鱷的吻鼻部和牙齒也是獵殺利器。牠們巨大的吻鼻腔能容納更大的犁鼻器(vomeronasal organ,一種用於感知化學訊號與氣味的器官),讓牠們能輕易追蹤遠處的獵物。而匕首狀的牙齒,搭配鋸齒般的邊緣,則能輕鬆撕裂獵物的表皮與肌腱。值得一提的是,勞氏鱷的牙齒與現代鱷魚有很大不同:鱷魚的牙齒呈圓錐狀,新牙生長時舊牙不會脫落;而勞氏鱷的牙齒呈匕首狀,且必須等到舊牙完全脫落,新牙才會長出。
波斯特鱷牙齒,上面有細小的鋸齒結構,感謝Fossiladder13分享
現代鱷類的口腔近照,可以看到其圓錐狀的牙齒,感謝PictureWendy分享
混亂的家族!關於勞氏鱷類譜系的解析與發現
如何勞氏鱷的譜系起源一直是古生物學界的一道難題。其化石形態與另外兩類偽鱷類(Pseudosuchia)——波波龍科(Poposauroidea)和迅猛鱷科(Prestosuchidae)——高度相似,這種形態上的趨同性使得分類工作異常複雜。長期以來,古生物學家在鑑定這些化石時屢屢受挫,尤其是迅猛鱷科與勞氏鱷科之間的骨骼特徵極度相似,以至於在早期研究中,如勞氏鱷、蜥鱷(Saurosuchus)以及椎體龍(Spondylosoma)等多個物種一度被錯誤歸入迅猛鱷科這一演化支。
簡易偽鱷演化樹,由左至右分別為堅蜥目、波波龍超科、迅猛鱷科、勞氏鱷科與真鱷類,感謝Nixillustration 分享
早在1993年,古生物學家帕里什(J. M. Parrish)便敏銳地觀察到勞氏鱷與迅猛鱷之間的解剖學差異。他在研究中指出,勞氏鱷的頭骨後部(如方骨-翼狀骨複合體)與四肢骨骼(如股骨近端形態)展現出獨特特徵,與迅猛鱷科的典型模式有所區別。基於這些特徵,他提出將勞氏鱷科、波波龍科與迅猛鱷科從分類上拆分的假設。但由於三疊紀晚期化石材料的稀缺性,以及保存狀態的參差不齊,這一提議在當時未能獲得足夠的形態學證據支持,分類爭議因此懸而未決。
各種偽鱷類藝術復原,由上而下分別為迅猛鱷、勞氏鱷與波波龍,感謝Nixillustration 分享
這個爭議一直持續到2011年,斯特林·內斯比特(S. J. Nesbitt)及其研究團隊發表了一項里程碑式的研究。他們採用種系發生分析(phylogenetic analysis),對現存主龍類(Archosauria)化石進行了全面的形態學比對,特別聚焦於頭骨的眶後區(Postorbital Region)與四肢關節的結構特徵。
奇尼瓜迅猛鱷骨骼復原,可以看到與勞氏鱷極度相似的結構,感謝RobinGoodfellow_(m)分享
研究發現,勞氏鱷科與迅猛鱷科共享若干祖徵(如直立的姿態與強化的踝關節),因而被定位為同一演化支內的姐妹群(Sister group)。與此同時,波波龍科則因其獨特的骨盆形態與較為多樣化的牙齒結構,被證實與前兩者存在更遠的親緣關係。為進一步驗證這一假設,團隊引入貝葉斯種系發生推斷法(Bayesian inference),通過概率模型重建了這些類群的分支。這一方法不僅量化了形態特徵的演化趨勢,還為勞氏鱷科的獨立性提供了統計學支持,暫時平息了長達數十年的譜系爭議。
筆者根據S.J. Nesbitt對主龍類論文,描繪關於勞氏鱷的種系發生樹狀圖(S.J. Nesbitt,2011),感謝水也佑協助繪製
值得一提的是,近年來的學術討論中,有學者提出勞氏鱷科內部的多樣性可能被低估。例如,波斯特鱷是否應獨立於勞氏鱷科,仍是未解之謎。內斯比特等人在後續論文中也承認,化石記錄的碎片化可能掩蓋了更細緻的分類單元,未來若有新的完整標本出土,這一“混亂家族”的故事或許還會迎來新的篇章。
勞氏鱷從何而來?勞氏鱷科何時消失?恐龍如何取代牠們?
有鑑於上述譜系的混亂,勞氏鱷科從何而來一直是古生物學中的一大謎團,其譜系關係因化石記錄的破碎而顯得混亂。根據種系發生學(phylogenetics)的推估,勞氏鱷科與其近親迅猛鱷科的共同祖先,可能源於早三疊世(Early Triassic,約2.52億至2.47億年前)的小型主龍類(Archosauria)。這些祖先可能包括斯基泰鱷(Scythosaurus)和提馬鱷(Teyumbaita)之類的物種,其外貌或許與當時的其他早期主龍類(如古鱷屬,Proterosuchus)相似。此時,地球剛從二疊紀大滅絕(Permian-Triassic Extinction Event)中復甦,盤古大陸(Pangaea)上遍布乾燥的沙漠與惡地地形。曾經的生態霸主合弓綱(Synapsida)僅剩二齒獸類(Dicynodontia)與犬齒獸類(Cynodontia)苟延殘喘。取而代之的是引鱷科(Erythrosuchidae),這類體型龐大的早期主龍類取代合弓綱稱霸著荒蕪大地。我們的主角勞氏鱷的祖先——小型主龍類,卻只能在這些兇猛巨獸的陰影下求生存。
引鱷(Erythrosuchus)復原圖,引鱷科是恐龍與偽鱷出現前最大型的爬行動物掠食者,牠們在二疊紀大滅絕後迅速接手肉食合弓綱留下的生態位,感謝Nobu Tamura分享
即便在這片惡劣環境中,這些小型主龍類卻依然展現了驚人的適應力。它們逐漸演化出更靈活的四肢與關節,並在早三疊世發展出一項改變命運的「黑科技」——雙足直立(bipedalism)。這一特徵為後來的演化奠定了基礎。到了中三疊世(Middle Triassic,約2.47億至2.37億年前),引鱷科因其原始的身體構造逐漸衰退,被更靈活的偽鱷類(Pseudosuchia)取代。然而造化弄人,首批接替引鱷科的主龍類並非勞氏鱷科,而是它們的近親迅猛鱷科。迅猛鱷科憑藉柱狀直立的結構,能以靈巧身手制服草食動物,像是面對肯氏獸(Kannemeyeria)這類大型食草動物,牠們也能輕鬆獵殺。在迅猛鱷科的生態壓力下,勞氏鱷科只能長期居於次要地位。只有在那些缺乏迅猛鱷科的區域,牠們才能發展出較大型的物種。這種由迅猛鱷科主導的生態格局,一直持續到三疊紀拉丁期晚期(Late Ladinian)與三疊紀卡尼期早期(Early Carnian,約2.37億至2.33億年前)。在拉丁期晚期,劇烈的氣候變化導致乾旱加劇,迅猛鱷科因無法適應而逐漸衰亡,許多物種一一倒在乾涸的河床上,這樣巨大的改變使得勞氏鱷科的生存空間終於迎來轉機。
迅猛鱷家族狩獵二齒獸類肯氏獸,感謝Matheus Fernandes分享
雖然迅猛鱷的缺席為勞氏鱷造就巨大的機會,但真正改變勞氏鱷命運。卻是筆者之前在植龍篇提過的卡尼期洪積事件(Carnian Pluvial Event)。這場持續數百萬年的降雨改變了盤古大陸的生態系統,豐沛的雨量促進了植被繁榮,進而提升了植食性動物的多樣性。面對大量新興獵物,勞氏鱷科迅速崛起,出現了提基鱷(Tikisauchus)、勞氏鱷(Rauisuchus)、七鱷(Heptasuchus)等大型掠食者,填補了迅猛鱷科留下的生態位空缺。
偽鱷類波羅尼鱷與恐龍型類的西里龍(Silesaurus)復原模型,兩者都是波蘭利索維斯盆地常見的主龍類,感謝Hiuppo分享
在此後的三千萬年間,勞氏鱷科各大成員一路高歌猛進,並成為各大生態系的頂級掠食者。與此同時,草食性動物如史達克勒獸科(Stahleckeriidae)的布拉塞龍(Placerias)與堅蜥目的體型逐漸增大,勞氏鱷科的成員也不斷的向巨大化邁進。最終誕生了波斯特鱷(Postosuchus)、波羅尼鱷(Polonosuchus)、巨齒鱷(Fasolasuchus)等著名掠食者。
波斯特鱷、鏈鱷與布拉塞龍化石複製品,三者皆為三疊紀北美的常見動物,感謝Richie Diesterheft from Chicago, IL, USA分享
但勞氏鱷科在三疊紀晚期(Late Triassic,約2.33億至2.01億年前)的輝煌不過是偽鱷類的最後迴光返照。從瑞替期晚期(Late Rhaetian,約2.05億年前)開始,火山活動加劇,改變了森林分佈,許多草食動物因無法適應新植物與環境而滅絕,包括勞氏鱷科賴以為生的二齒獸類與堅蜥目。與此同時,一個新興族群——恐龍(Dinosauria)開始崛起。相比蹠行(plantigrade)且四肢移動的勞氏鱷,恐龍以雙足行走與趾行(digitigrade)模式更具靈活性,不僅能輕鬆捕食草食動物,部分種類甚至轉向植食生態位。更重要的是,部分恐龍發展出氣囊呼吸系統(air sac system),這種高效呼吸模式能將新鮮空氣暫時儲存在氣囊中,只在呼吸的過程中將新鮮空氣經過肺部。這種呼吸模式的好處在於運動時隨時能有新鮮空氣進行氣體交換,而非像其他動物那樣會有部分二氧化碳殘留在肺部。相比之下,缺乏氣囊的勞氏鱷科顯得笨拙而落後。在多重打擊下,勞氏鱷科及其偽鱷類同胞在三疊紀末的數萬年間逐漸被恐龍取代,最終淡出歷史舞台。
鳥類(恐龍)氣囊的運作原理,在鳥類吸氣時,這些氣囊可作為新鮮空氣的暫時儲存區。在鳥類呼氣時,氣體可以透過擠壓氣囊,源源不斷的流經肺部,感謝Shyamal分享
晚三疊世諾利期北美的生物群像,當時的偽鱷類與合弓綱動物逐漸被外來的恐龍型類所取代,最終走向衰亡,感謝RobinGoodfellow_(m)分享
勞氏鱷科與人類。關於勞氏鱷如何進入大眾文化
早在1940年代,人們就在巴西發現了第一具勞氏鱷的化石,這是該科成員最早的發現紀錄。然而,由於當時化石保存零碎,且古生物學的科普尚未起步,這項發現並未引起廣泛關注。
1977年發現的七鱷化石素描,和多數勞氏鱷科成員一樣,化石相當破碎不完整,感謝AFranz-Josef分享
真正讓勞氏鱷科進入大眾視野的,是後來發現的波斯特鱷。1980年代,古生物學家大衛·蓋爾(David Gillette)與其團隊在美國德克薩斯州的波斯特採石場(Post Quarry)發掘出這種偽鱷類化石。波斯特鱷以其保存完好的標本和豐富的數量迅速脫穎而出,成為偽鱷類的代表性物種。如今,各大博物館在復原勞氏鱷科形象時,多以波斯特鱷為藍本,其明星地位可見一斑。
波斯特鱷的幾個主要產地,感謝Blank_US_Map.svg分享
1993年,電影《侏羅紀公園》的熱映將古生物學推向大眾視野。受此啟發,英國廣播公司(BBC)決定製作一部與恐龍相關的紀錄片,於是誕生了經典之作《與恐龍共舞》(Walking with Dinosaurs)。為了呈現三疊紀早期的生態,劇組選擇波斯特鱷(劇中譯為「後鱷龍」)作為開篇主角。其怪獸般的形象與引人入勝的復原,讓波斯特鱷一舉成名。此後,在BBC的科幻影集《史前公園》(Prehistoric Park)以及國家地理頻道的《史前掠食者》(Prehistoric Predators)中,波斯特鱷也多次亮相,成為螢幕上的常客。這或許得益於《與恐龍共舞》的成功,也可能是它那獨特的掠食者魅力令人難以忘懷。
《與恐龍共舞》第一集《新希望》中的場景,該影集是首次以3D方式重建恐龍的影集,該場景描述一群腔骨龍(舊譯:虛形龍)圍攻波斯特鱷(舊譯:後鱷龍),感謝RobinGoodfellow_(m)分享
隨著對三疊紀地層研究的日益深入,越來越多的勞氏鱷科成員被陸續發掘。這些新發現的化石為我們揭示了更多關於這一群體的秘密。或許在不久的將來,這些勞氏鱷科的「新星」也能像波斯特鱷一樣,登上電視螢幕,向我們訴說屬於牠們的霸主傳奇。
禮品店常見的等比例縮小波斯特鱷模型,深受古生物愛好者與孩子喜愛,感謝RobinGoodfellow_(m)分享
作者:Rodrigo
參考文獻