版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請聯(lián)系我們

出品：科普中國

作者：破滅的Sunny（古生物博士）

監(jiān)制：中國科普博覽

編者按：為拓展認知邊界，科普中國前沿科技項目推出“未知之境”系列文章，縱覽深空、深地、深海等領域突破極限的探索成果。讓我們一起走進科學發(fā)現(xiàn)之旅，認識令人驚嘆的世界。

庫內(nèi)內(nèi)?。↘unene）位于納米比亞的西北部，毗鄰大西洋，是一片由山地、荒原與稀疏灌木所覆蓋的偏遠地域。這里干旱而炎熱，年降水量往往不足100毫米。

身處于這片赭紅色的荒漠之中，人們往往難以想象，在2.8億年前的二疊紀早期，那個大西洋與非洲都尚未形成的時代，庫內(nèi)內(nèi)曾是一片遍布河流、湖泊與沼澤的世界——那時的納米比亞還在地球的更南方，在泛大陸即將徹底拼合的前夕，作為南方岡瓦納大陸的一角，橫亙于南緯55°左右的高緯度區(qū)域。

在這里，來自阿根廷布宜諾斯艾利斯大學的克勞迪婭·馬斯卡諾、芝加哥菲爾德博物館的杰森·帕爾多及其同事意外地發(fā)現(xiàn)了一類從未報道過的巨型史前蠑螈——他們將其命名為珍妮蓋伊阿斯螈（暫譯名，雙名法：Gaiasia jennyae）。根據(jù)估算，蓋伊阿斯螈的體長大約有2-4米，是那個時代淡水系統(tǒng)的頂級掠食者。

蓋伊阿斯螈的正模標本，包括完整的頭骨與大部分脊椎

（圖片來源：參考文獻1）

蓋伊阿斯螈的屬名Gaiasia來自化石產(chǎn)出地層Gai-As組，而種加詞則是為了紀念已逝世的著名古生物學家珍妮·克拉克（Jenny Clack）。作為早期四足動物演化研究的先驅(qū)與杰出人物，珍妮·克拉克最早注意到最早踏上陸地的四足動物們往往擁有奇特的“多指”現(xiàn)象：生活在石炭紀的魚石螈擁有七根指頭，而棘螈則擁有八根指頭。

普遍的多指現(xiàn)象暗示現(xiàn)代陸生脊椎動物的“五指”結(jié)構(gòu)并非四足動物的共有祖征，換句話說，魚石螈與棘螈并非我們的直系祖先；人類以及其他的現(xiàn)代陸生脊椎動物都是由某一類擁有五根指頭的早期四足動物演化產(chǎn)生的。

早期四足動物的演化

（圖片來源：翻譯自參考文獻3）

雖然蓋伊阿斯螈并不像魚石螈一樣古老，但它原始的頭骨結(jié)構(gòu)與椎骨特征表明其也隸屬于一個歷史悠久的群體：通過系統(tǒng)發(fā)育比較分析，古生物學家認為，蓋伊阿斯螈應當是圓螈科（Colosteidae）的姊妹類群，二者共同構(gòu)成現(xiàn)代冠群四足動物的外群。

值得注意的是，圓螈科的物種主要生活在石炭紀，與蓋伊阿斯螈所處的時代相距至少相距2700萬年。在之前的研究中，科學家曾一度認為，包括圓螈科在內(nèi)的早期四足動物在石炭紀晚期就已經(jīng)被新興的早期羊膜類動物及滑體兩棲類動物所取代了。

蓋伊阿斯螈的復原圖，可以注意到它方形的大腦袋以及細小的四肢

（圖片來源：Gabriel Lioh繪制）

然而蓋伊阿斯螈化石的發(fā)現(xiàn)徹底改變了我們對這一過程的認識——在岡瓦納大陸的南方，還有一支巨大的原始四足動物稱霸著當時的生態(tài)系統(tǒng)。

蓋伊阿斯螈的系統(tǒng)演化位置

（圖片來源：參考文獻1）

許多證據(jù)都表明蓋伊阿斯螈是一種強而有力的掠食者，它擁有巨大的頭骨，其長度可達60cm，能與現(xiàn)代的大型鱷魚相提并論。方形的吻部表明其主要以吸食的方式吞食獵物，但分布在上下顎上的巨大尖牙表明它們也具有撕咬大型獵物的能力。

保留下來的粗壯椎體表明其擁有相當壯碩的軀干。強健的體魄表明蓋伊阿斯螈位于當時生態(tài)鏈的頂端。它們或許會像鱷魚一樣棲息在灘涂與沼澤之間，伏擊缺乏警惕的獵物。

不過，由于缺乏附肢骨骼，古生物學家也懷疑其四肢可能發(fā)生了退化或者完全丟失，就如同它的親緣物種厚蛙螈（Crassigyrinus）或隱肢目（Aistopoda）一樣。

厚蛙螈復原圖，它生活在石炭紀，體型比蓋伊阿斯螈要小一些

（圖片來源：維基百科）

蓋伊阿斯螈的獨特之處不僅僅在于它與古老類群的親緣關(guān)系，更讓科學家著迷的是它的棲息地位置——這種大型蠑螈生活在高緯度地區(qū)，需要面對大多數(shù)生物無法適應的嚴寒氣候。

按照今天的氣候帶劃分，南緯55°已經(jīng)屬于亞寒帶，不適合兩棲動物生存。作為變溫動物，兩棲類往往需要吸收足夠的太陽輻射才能維持生理活性，因此，在這樣寒冷的環(huán)境中，蓋伊阿斯螈這樣的大型蠑螈難以生存。

那么，蓋伊阿斯螈生活的時代是否比現(xiàn)在更暖和呢？答案令人震驚：二疊紀早期的地球不僅沒有比現(xiàn)代更溫暖，反而可能更寒冷。從3.6億年前的晚泥盆世開始，地球進入了顯生宙最嚴重的一次冰期，這場持續(xù)了1億年，直至二疊紀晚期才結(jié)束的漫長冰期被稱為晚古生代大冰期（Late Paleozoic Ice Age, LPIA）。

在納米比亞附近的南非卡魯（Karoo）盆地，發(fā)現(xiàn)了保存完好的冰磧巖和冰川擦痕，表明在此期間，強烈的冰川活動在南方岡瓦納大陸形成了大面積的冰蓋。

正因為如此，早期四足動物的化石記錄基本局限在相對溫暖的赤道地區(qū)，即現(xiàn)代的歐洲和北美地區(qū)，科學家懷疑，直到二疊紀晚期氣候逐漸變暖之后，四足動物才有機會擴散到全球的其他地方。

顯生宙全球平均氣溫重建曲線。從約3.6億年左右開始地球進入了持續(xù)的冰期

（圖片來源：參考文獻5）

然而，在蓋伊阿斯螈被發(fā)現(xiàn)后，這一固有認知也面臨著挑戰(zhàn)：蓋伊阿斯螈原始的特征表明其與生活在赤道附近的早期四足動物具有更強的相關(guān)性，這排除了蓋伊阿斯螈是本地起源或者是其他二疊紀新興四足動物演化而來的可能性。

這就表明，蓋伊阿斯螈不得不面對不弱于當今的高緯度氣候，抑或者，在漫長的億年冰期之中存在著一系列斷斷續(xù)續(xù)的短暫暖期，能夠使得蓋伊阿斯螈以及它們的祖先得以生存。

但無論如何，這個高緯度的化石點顯然表明了早期四足動物的分布與輻射遠比我們以為的要廣泛。早期化石的局限有可能是一種偏差采樣導致的假象——畢竟岡瓦納所對應的非洲、南美洲以及南極洲還有大量未被仔細勘察過的地層，那里極有可能還埋藏著我們聞所未聞的寶藏。

晚古生代四足動物的分布與擴散（紅色星形指示蓋伊阿斯螈的發(fā)現(xiàn)地）

（圖片來源：改自參考文獻1）

雖然蓋伊阿斯螈可能生活在相對較暖的間冰期，但它也展現(xiàn)出對低溫環(huán)境的適應特征。1847年，德國學者卡爾·伯格曼（Carl C. Bergmann）發(fā)現(xiàn)，相較于赤道地區(qū)的生物，兩極地區(qū)的生物往往體型更大，這一現(xiàn)象后來被稱為伯格曼法則。

根據(jù)這一規(guī)律，較大的生物體積擁有較小的表面積-體積比，從而減少熱量消耗，更好地保持體溫。蓋伊阿斯螈的巨大體型或許正是對低溫氣候的響應，這為我們理解早期四足動物的生理特征提供了重要參考。

盡管蓋伊阿斯螈仍然籠罩在許多謎團之中，但它的發(fā)現(xiàn)顯然為古生物學家提供了全新的視角。我們的遠古祖先或許比預想的更為堅韌，它們的環(huán)境適應能力遠超預期。在3億年前，可能還有更多類似蓋伊阿斯螈的生物在未被探索的土地上游蕩徘徊。在石松與蘆木森林的陰影之下，還隱藏著無數(shù)我們未曾想象過的秘密世界，它們此刻正安眠于巖石之下，等待著我們將其喚醒。

無論如何，蓋伊阿斯螈都成功地征服了岡瓦納的南方，成為淡水生態(tài)系統(tǒng)的頂級掠食者

（圖片來源：參考文獻1）

參考文獻：

1. Marsicano, C. A. et al. Giant stem tetrapod was apex predator in Gondwanan late Palaeozoic ice age. Nature (2024).

2. Coates, M. I. & Clack, J. A. Polydactyly in the earliest known tetrapod limbs. Nature 347, 66-69 (1990).

3. Ahlberg, P. E. Follow the footprints and mind the gaps: a new look at the origin of tetrapods. Earth and Environmental Science Transactions of the Royal Society of Edinburgh 109, 115-137 (2018).

4. Olroyd, S. L. & Sidor, C. A. A review of the Guadalupian (middle Permian) global tetrapod fossil record. Earth-Sci. Rev. 171, 583-597 (2017).

5. Scotese, C. R., Song, H., Mills, B. J. W. & van der Meer, D. G. Phanerozoic paleotemperatures: The earth’s changing climate during the last 540 million years. Earth-Sci. Rev. 215 (2021).

（注：文中拉丁文部分應為斜體）

歡迎掃碼關(guān)注深i科普！

我們將定期推出

公益、免費、優(yōu)惠的科普活動和科普好物！