这一发现来自加州大学戴维斯分校、北京大学和贵州地质博物馆的一个国际团队。他们的研究成果发表在《自然·生态与演化》(Nature Ecology & Evolution)上,基于两具保存异常完好的骨骼化石,其历史可追溯至近2.37亿年前的三叠纪晚期。
这两具化石均出土于中国贵州省,该地区曾淹没在一片古海洋之下,距离大陆板块数百英里。
“这一区域是我们一直在研究并试图重建的生态系统的一部分,”该研究的通讯作者、加州大学戴维斯分校地球与行星科学系教授Ryosuke Motani说。“我们主要研究这里的海洋爬行动物和鱼类,但现在我们又发现了这种两栖动物,它是该谱系中一个非常不寻常的成员。”
这一发现尤其令人惊讶,因为两栖动物通常无法在海水中存活。在现存超过8000种两栖动物中,没有一种已知会终生生活在海洋环境中,而且只有不到2%的物种具有一定的耐盐能力。
相比之下,哺乳动物、爬行动物和鸟类中都包含可以完全在海中生活、不依赖陆地获取食物或淡水的物种。在此之前,科学家从未发现过令人信服的化石证据,证明某种两栖动物也具备同样的能力。
为海底而生的巨型披甲两栖动物
由于这两具骨骼非常完整,研究人员得以拼凑出这种动物的外貌,并更JianCe地了解它的生活方式。
Gerrothorax maritimus(海洋盾头螈)体长近三英尺,但其身体比例与现代蝾螈大不相同。它没有细长的身体,而是异常宽而扁平,呈独特的圆盘状。
它的身体还覆盖着厚实的骨甲,这可能有助于保护它免受鱼龙等大型海洋捕食者的伤害。
“如果与今天的两栖动物相比,这种动物的不寻常之处在于它体型巨大,”Motani说。“就体重而言,它可能与大鲵差不多,但不同的是,大鲵身体细长,而这种动物非常粗壮。”
其头骨结构加上厚重的骨甲表明,这种古老的两栖动物是一种伏击型捕食者。它很可能不会主动追捕猎物,而是潜伏在海底,等待毫无防备的动物进入其攻击范围。
“它们可能只是待在海底,等猎物靠近时,就一口把它吸进去,”Motani说。他指出,这种捕猎策略类似于须鲨(wobbegong)——一种生活在海底附近、利用吸力捕捉猎物的毯鲨。
两栖动物如何在咸水中生存?
围绕Gerrothorax maritimus最大的谜团之一是,它如何在一个几乎所有现代两栖动物都难以忍受的环境中生存下来。
这个问题很大程度上出在两栖动物的皮肤上。与许多其他动物相对防水的皮肤不同,两栖动物的皮肤允许水和气体通过。这使皮肤可以用于呼吸和保持水分,但也使两栖动物特别容易受到咸水的影响。
“这种皮肤具有通透性,使动物能将其用于多种用途,”Motani说。“它们用皮肤进行呼吸和吸收水分,所以两栖动物不需要用嘴喝水或呼吸,因为这两者都可以通过皮肤完成。”
因此,现代两栖动物通常依赖淡水栖息地或靠近淡水的环境。少数物种演化出了有限的耐盐能力,包括食蟹蛙。即便是这些动物,在暴露于咸水时也可能体重下降,最终必须返回淡水中恢复。
然而,古老的Gerrothorax maritimus可能演化出了一种截然不同的解决方案。
研究人员认为,其大面积的骨甲限制了水通过皮肤的流动。这种保护性覆盖层可能降低了它对通过皮肤直接吸收水分的依赖,使这种动物能够改用嘴摄取海水。
按照这一设想的机制,水将通过消化道被吸收,而动物的鳃可能有助于排出多余的盐分。已知Gerrothorax属的成员具有鳃,这让研究人员有理由推测,该物种在管理盐分平衡方面采用了更像鱼类的方式。
这些适应性特征共同解释了这种两栖动物如何成功占据了一个其现代近亲至今仍无法进入的生态位。
化石证据指向完全的海洋生活方式
研究人员还考察了Gerrothorax maritimus是否真的生活在海洋中,还是其遗骸在死后被搬运到了那里。
多条线索强烈支持海洋生活方式。
首先,这些骨骼是从深海环境沉积的沉积物中发现的。它们惊人的完整程度也为确定动物的死亡地点提供了重要证据。
“海上的尸体如果不能立即沉入海底,往往会在下沉之前干化并失去四肢,”Motani说。“但这些动物的指骨都保存了下来,这意味着它们很可能死在栖息地附近。”
如此精细的骨骼结构得以保存,表明尸体在到达海底之前没有被搬运很远的距离。
为了进一步调查,研究团队分析了化石的化学成分,重点关注锶的不同形态(即同位素)的相对丰度。
分析结果与三叠纪晚期海水中预期的锶同位素特征高度吻合,为这种动物栖息于海洋环境提供了另一条独立的证据。
综合来看,化石的保存状态、地质背景和化学分析结果有力地证明了Gerrothorax maritimus终生生活在海洋中。
这一发现揭示了两栖动物一条出人意料的演化路径,表明至少有一种古老物种似乎克服了那些使其现存近亲大多局限于淡水环境的生物学限制。
该研究获得了国家自然科学基金的资助。