鳄鱼为何进化了 2 亿年,几乎没有什么变化?

鳄鱼为何进化了 2 亿年,几乎没有什么变化?

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变化不大说明鳄鱼在进化上是保守的,进化保守意味着它们本身在这个生态位就够能打了,所以不需要进行太大的改变。

毕竟鳄鱼后代毕业于哈佛的比例全球第一(bushi):

鳄鱼几个超级能续的点:

1 脊椎动物最复杂的心血管系统,多出一条主动脉,潜水的时候可以不给肺部供氧,这样节约的氧气可以让它长时期潜伏在水里,方便偷袭猎物。

伏击捕猎就是比追捕猎物优势更大。

2 鳄鱼不打拳:

它们的性别由孵化时候的环境温度而不是下蛋时候的染色体决定。

优势顺风局鳄鱼蛋孵化出来就以雄性居多,让它们充分竞争,留下更优质的后代。

如果气候过冷过热,就孵化雌性居多,多生多育,保留种子。

就是这样机制使得种群数量减少也非常容易恢复。

下面详细展开讲讲:


题目这句话说对也不对,毕竟鳄鱼 2 亿年前的祖先是陆鳄 Terrestrisuchus,那是种只有几十厘米长,看起来像蜥蜴一样的爬行类动物:

2 亿年前的陆鳄
真鳄类的一些旁支

这里有个鳄鱼超目的形态进化,可以看出来鳄鱼的演化还是有很大的变化的,至少从二足行走的长腿形态变成了接近现代鳄鱼的短腿水生形态,不过如果不细究的话,也可以说接近两亿年变化不大。

因为分子生物学研究发现鳄鱼在进化上是显著保守的,鳄鱼和鸟类同为主龙类的两个分支,可以看见鸟类确实基因变异比较多,而鳄鱼目前现存的几十种确实差别不大。

短吻鳄丨湾鳄

短吻鳄和湾鳄是不是看着很像?分子生物学显示它们只有 7%左右的差距。*1 而它们的共同祖先是多少年前呢?

是大概9000 万年前出现的现存鳄鱼的真鳄类直系祖先。(上图里面最后那个 9000 万年前鳄鱼的形态 Borealosuchus formidabilis 还不是鳄鱼直系祖先,是它们亲戚)

鳄鱼在 9000 万年前的直接祖先是鳄形超目中类似盾甲鳄的半水生掠食者,它们已具备现代鳄鱼的核心特征(如四腔心脏、水生适应),同时保留了与陆生鳄类(如西贝鳄)的竞争能力。白垩纪晚期鳄形类的多样性远超今日,现存鳄目仅是当时演化辐射的幸存分支。

9000 万年啊!

9000 万年前哺乳动物是什么情况呢?

劳亚兽总目(包括猫、狗、牛等)和灵长总目(包括人类、猴子等)的分化时间约在 8800 万年前 -9000 万年前,共同祖先是北方真兽高目(Boreoeutheria)已灭绝的一些小型杂食动物。

下面是胎盘类哺乳动物分化时间表,可以看出大概 1.2 亿年前开始,到 6500 万年前 KPG白垩纪 - 古近纪灭绝事件(小行星撞地球)后达到鼎盛。

也就是说,我们常见的多数哺乳动物都是 9000 万年的时间里,从这样:

变成了这样:

那这样比较起来,鳄鱼改动确实算小的了。

因为大概 9000 万年前的时候,真鳄类的优势就出来了:

鳄鱼的心脏可以说是脊椎动物里最复杂的心脏了:

之前人类为何无法准确控制自己的每一个器官?这个回答里面介绍了人类没法控制自己心脏等内脏器官。

大多数动物都不行,因为一般内脏都是由植物神经控制,避免动物出现一些基本的功能障碍。

但是鳄鱼是可以控制自己心脏的,还能控制血管给那些部位供氧,甚至能“切断”肺部的供氧,方便潜伏:

鳄鱼心脏的解剖结构:

它的心脏比较特殊:

多数爬行动物(如蜥蜴、蛇、龟鳖类)心脏由两心房、一心室构成,心室内可能存在不完全隔膜(如室间隔或皮瓣结构)。

而鳄鱼的心脏有四个腔室,两个心房和两个心室,且心室完全分离,类似于哺乳动物,这是爬行动物中的独特现象。此外,鳄鱼心脏包含左主动脉、潘尼萨孔和锯齿状瓣膜等特殊结构。这些结构使得鳄鱼能够通过分流机制混合动脉和静脉血液。

右和“额外”的左主动脉:

鳄鱼有两个主动脉,右主动脉和左主动脉。右主动脉是主要的体循环动脉,而左主动脉则参与分流机制。左主动脉从右心室发出,与右主动脉在基部交叉,形成一个不对称的结构。

潘尼萨孔:潘尼萨孔是右和左主动脉之间的通道,位于它们的共同壁上。该孔直径约为右主动脉大小的 35-40%,允许血液从右主动脉流向左主动脉,从而在非分流条件下提供备用路径。

分流条件:当鳄鱼潜水时,右心室输出可能会被分配到左主动脉,导致右向左分流。这种分流需要右心室压力增加,使右主动脉瓣打开。研究表明,分流启动主要是由于锯齿状瓣膜的主动作用及肺和 / 或体循环阻力的变化。

功能意义:右向左分流的机制在鳄鱼中的功能意义尚未明确,但已提出多种假设。

一种假设认为,在潜水过程中,持续的肺灌注“成本”高于收益,因此血液不流向肺部以节省心脏能量。另一种假设认为,二氧化碳的隔离有助于氧气摄取。*1

总之,目前主流的研究倾向于认为鳄鱼潜水的时候用动脉分流的方法,减少肺部氧气供应,节约氧气用于潜水。

这样做的好处是,鳄鱼可以伏击捕猎,而不用追捕猎物,

追捕猎物是件非常耗能的事情,猫科 40 种动物,基本都是各个生态的顶级捕食者,它们就采用的是伏击捕猎,而狼群等犬科动物更多采用追逐的方式,所以猫科捕猎效率更高一些。

同样的,猫科进化也是保守的:

现存猫科均源自 2500 万年前的原猫(Proailurus)

原猫复原图

其伏击型捕猎模式在多种环境中持续有效,无需重大改变。

猫科动物的脊柱柔韧度、肌肉爆发力等特征已达到陆地哺乳动物的生理极限。

现存猫科动物虽分化出 40 个物种,但其身体结构、生态功能等关键特征在数千万年演化过程中未发生显著改变,保留了祖先的基本框架。 猫科动物线粒体 DNA 突变率比犬科低接近 1/3,《自然》的一项研究显示,虎与家猫的基因组相似度为 95.6%*1,调控骨骼发育的 Hox 基因在虎、豹、家猫中差异度也非常小。

(但是狼群集群有优势,可以拖死猎物,猫科除了狮子基本上都是独居的。)

花豹甚至还会从树上跳下来伏击猎物

鳄鱼的潜伏技巧加上它们无与伦比的咬合力,能让来喝水的猎物死无葬身之地:

鳄鱼策略:咬住不放开→拖入深水区→死亡翻滚溺死猎物

鳄鱼随温度改变蛋的性别:

鳄鱼没有性染色体,性别不由蛋的染色体决定。

鳄鱼的性别决定受温度影响,存在三种主要模式。

TSD1a(MF)模式中,较低温度产生雄性,较高温度产生雌性;

而 TSD1b(FM)模式则相反,在较低温度下产生雌性,较高温度下产生雄性。

TSD2(FMF)是最常见的模式,高和低温产生雌性,中间温度产生雄性。

比如在密西西比短吻鳄中,实验表明 31°C 到 33°C 的温度范围会生成雄性,而低于 30°C 或高于 34°C 则生成雌性。

这是因为在合适的范围内,植物更茂盛,食物更多,这样可以多生产雄性,让雄性充分竞争,留下优质的后代。

而环境温度过高或者过低可能食物会缺乏,这种情况下多生产雌性能保存后代的火种。

在哺乳动物中,性染色体在性别决定过程中起重要作用,但在鳄鱼中,它们的作用有所不同。

例如,在密西西比短吻鳄中,尽管没有找到 SRY 同源基因,但 SOX9 基因在雄性分化中的作用已被证实。

这种性别决定的因素主要是钙离子通道影响的:瞬时受体电位(TRP)家族的离子通道在温度敏感性性别决定中起重要作用。特别是 TRPV4 通道,其在高低温下的表达差异显著。注射 TRPV4 拮抗剂会抑制 SOX9 和 AMH 基因的表达,表明热敏感离子通道与性别决定基因之间存在直接联系。

(TRP 家族在人体内担任温度和触觉痛觉感受器:感兴趣的可以看看这篇:

众所周知,辣是一种痛觉,那么吃完辣后吃止痛药会怎么样?

所以正是因为鳄鱼有这些优秀的生存策略,再加上目前这种流线型的身体方便游泳和伏击,所以才导致他们 9000 万年来改变不大。

以上~

引用文献:

1The functional anatomy of the crocodilian heart

2’Temperature-Dependent Sex Determination in Crocodilians and Climate Challenges

Boglárka Mária Schilling-Tóth 1 , Scott M. Belcher 2 , etc