殼包肉包殼包肉……它是遠(yuǎn)古魷魚(yú)近親，最后長(zhǎng)成“五花肉”

在自然界中，動(dòng)物的堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)基本都只有一層。

螃蟹和大蝦外殼堅(jiān)韌，嚼之費(fèi)力，但剝殼之后內(nèi)部就是無(wú)骨的肉；豬和雞外部無(wú)骨，可以直接吃，但里面有十分堅(jiān)硬的骨骼作支撐，不小心還可能咬到碎骨頭茬；魷魚(yú)更方便，只要挑出硬嘴和一根塑料片一樣的長(zhǎng)條，就再無(wú)硬物，可以狼吞虎咽了。

蝦、蟹、螺、貝等無(wú)脊椎動(dòng)物是殼包肉，脊椎動(dòng)物是肉包“殼”，不管是先剝殼還是后剔骨，都只需要耗費(fèi)一次精力。很少有哪個(gè)麻煩的東西是**殼里有肉，肉里有殼，殼里還有肉的“套娃結(jié)構(gòu)”**的，但魷魚(yú)的遠(yuǎn)古近親——菊石，就是這樣的奇葩物種。

大部分無(wú)脊椎動(dòng)物剝完殼就沒(méi)有硬質(zhì)部分了。圖庫(kù)版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載

一、殼包肉：上“裝甲”，加保護(hù)

菊石屬于軟體動(dòng)物門頭足綱，與現(xiàn)生的魷魚(yú)一樣，它們是長(zhǎng)著 10 只長(zhǎng)長(zhǎng)觸手的軟體動(dòng)物，在觸手后方是類似于魷魚(yú)的眼睛、頭部和長(zhǎng)筒狀的身體。

與魷魚(yú)不同的是，它們沒(méi)有幾丁質(zhì)長(zhǎng)片，而是在相當(dāng)于魷魚(yú)筒部分的外側(cè)套上了大大的鈣質(zhì)硬殼，形成了殼包肉的結(jié)構(gòu)，使它們整體看來(lái)就像長(zhǎng)著魷魚(yú)頭的鸚鵡螺。

雖然它們看起來(lái)很像鸚鵡螺，但它們卻與魷魚(yú)擁有相同的祖先，并且在寒武紀(jì)時(shí)就脫離了鸚鵡螺類，開(kāi)始獨(dú)立演化，因此更接近于魷魚(yú)、烏賊、章魚(yú)等無(wú)殼或只在內(nèi)部有殼的蛸亞綱動(dòng)物。

菊石就像是長(zhǎng)著魷魚(yú)頭的鸚鵡螺，圖片來(lái)源：wikipedia

既然菊石和魷魚(yú)擁有相同的祖先，那為什么菊石有殼，魷魚(yú)就只有一根幾丁質(zhì)長(zhǎng)片呢？這是兩者由于適應(yīng)不同生活方式而產(chǎn)生的選擇。

菊石保留了較為沉重的外殼，雖然受到外殼保護(hù)，但因其重量拖累，無(wú)法快速游動(dòng)。魷魚(yú)則適應(yīng)快速游動(dòng)的生活方式，在演化過(guò)程中, 它們的祖先將軟體部分逐漸向外翻轉(zhuǎn)，將外殼包到體內(nèi)，形成肉包殼的結(jié)構(gòu)。

這樣一來(lái)，它們用光滑的軟體迎接水流，降低了阻力，加快了速度。外殼變成內(nèi)殼后，失去了保護(hù)身體的作用，其重量還會(huì)影響魷魚(yú)的游動(dòng)速度，因此在演化中逐漸退化。時(shí)至今日，魷魚(yú)原本的外殼就只剩下一根輕薄的長(zhǎng)片，僅用來(lái)附著肌肉，最大程度減輕了重量。

菊石和魷魚(yú)的祖先也曾一起生活，本圖描繪了魷魚(yú)的祖先近魷（右）捕食菊石（左）的畫(huà)面，圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[6]

在遠(yuǎn)古時(shí)期，能夠破壞菊石外殼的生物很少，因此菊石大量繁殖，它們的種群數(shù)量甚至超過(guò)魚(yú)類，成為海洋中數(shù)目最多的物種。

但進(jìn)入白堊紀(jì)后，隨著現(xiàn)代食甲性魚(yú)類、螃蟹等物種的演化，菊石“裝甲”的保護(hù)力逐漸減弱，其重量又限制了它們的游動(dòng)，使它們?cè)诟?jìng)爭(zhēng)中逐漸處于劣勢(shì)。

為了拯救族群，菊石各顯神通：有的開(kāi)始巨型化，用巨大的體形讓捕食者望而卻步；有的將外殼纏繞扭曲，掛在海藻上守株待兔；還有少數(shù)菊石學(xué)起了同族魷魚(yú)的方法，試著把軟體部分翻出殼外。

雖然使出了渾身解數(shù)，但它們的嘗試似乎并不盡如人意……

褶菊石的化石，它的外殼像一根回轉(zhuǎn)的香腸，圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]

二、肉包殼包肉：族群危機(jī)中的改革嘗試

在俄羅斯的阿普第階地層中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種白堊紀(jì)菊石——褶菊石，化石包含 3 個(gè)保存完整的外殼和約 100 片外殼碎片。他們驚異地發(fā)現(xiàn)，這種菊石與其他菊石有很大不同。

這種菊石的外殼從中間產(chǎn)生了斷裂，可能是它們?yōu)榱?strong>減輕自身重量造成的，但它們內(nèi)部的輸液管道卻在斷口部分沒(méi)有絲毫連接，保持著開(kāi)放狀態(tài)，直接接觸海水。如果是普通菊石的話，就會(huì)因?yàn)轶w液流失而死亡，但這種菊石絲毫沒(méi)有因此死亡的跡象，那就只有一個(gè)原因了——在化石中無(wú)法保存的軟體部分封閉了這個(gè)斷口。

如下圖所示，這種菊石在外殼產(chǎn)生斷裂一段時(shí)間后，斷口由新長(zhǎng)出的第二根和第三根豎殼的背壁封閉，這兩根豎殼在第一根豎殼的斷口變粗，向中間延伸，將斷口包圍起來(lái)。在被包圍的部分，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了外殼斷裂時(shí)產(chǎn)生的大量碎片，它們也保存在后來(lái)生長(zhǎng)出的新殼內(nèi)部，說(shuō)明有一些組織包裹著這些碎片，使其沒(méi)有脫落。

褶菊石的第一根豎殼（dw1）斷裂，出現(xiàn)大量碎片（f），輸液管道（sip）呈現(xiàn)開(kāi)放狀態(tài)，在第二根豎殼（dw2）和第三根豎殼（dw3）的背壁加厚時(shí)才被封閉，圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[1]

除此以外，還有一些細(xì)微結(jié)構(gòu)支撐褶菊石殼外的軟體。它們的斷口殼壁上有細(xì)孔，細(xì)孔穿透殼的一部分，直徑約 1 毫米，可能與外界相通。

同時(shí)，它們的殼上有長(zhǎng)而尖銳的大肌肉附著的痕跡，痕跡在離生長(zhǎng)線很遠(yuǎn)的地方，較為靠近殼口，這暗示軟體的根部可能附著在離殼口很近的位置，大部分位于殼口以外。

阿普第階的一種帶菊石Aconeceras具有殼外的肌肉附著痕跡，也可能擁有包裹殼的肉體，褶菊石講到現(xiàn)在的“殼包肉”結(jié)構(gòu)也可能與此相似。圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]

那么，我們現(xiàn)在就可以想象它們的樣子了，它們像外面裹了一層魷魚(yú)皮的鸚鵡螺那樣，是肉包殼再包肉的結(jié)構(gòu)：最外層的軟體保護(hù)著殼，殼再保護(hù)著內(nèi)臟器官。

如果你還是想象不出來(lái)，那就回想一下吃甲魚(yú)的過(guò)程：最外層的裙邊柔美軟糯，吃完裙邊，里面是硬質(zhì)的肋骨演變成的甲殼，揭開(kāi)甲殼，里面的內(nèi)臟和肉鮮醇酥爛，美不勝收。想必演化到這種程度的菊石也是這樣的口感吧。

可以把褶菊石想象成甲魚(yú) ，肉包殼包肉的結(jié)構(gòu)，圖片來(lái)源：Wikipedia

三、殼包肉包殼包肉：終究還是保守占了上風(fēng)

然而，它們還沒(méi)折騰完。

褶菊石并不像魷魚(yú)那樣把外殼內(nèi)化，再退化成幾丁質(zhì)長(zhǎng)片，從而減輕重量、加快速度，而是在殼外的軟體外又長(zhǎng)出了一層新殼。

貝殼主要由輕薄的珍珠層組成，富含有機(jī)物，普通菊石殼口處的珍珠層含有更多堅(jiān)硬的棱柱層結(jié)構(gòu)和更少的有機(jī)物，以增強(qiáng)殼體強(qiáng)度，這是暴露在外的殼所需要的。

但褶菊石的殼口棱柱層只有 2 ~ 3 層珍珠層那么厚，比完全生長(zhǎng)的貝殼中的珍珠層薄 35 倍。

鸚鵡螺的殼，可以看到在不分隔的地方有珍珠般的閃光層，為珍珠層，珍珠層外的白色層為棱柱層，圖片來(lái)源：Photos.com by Getty Images Nautilus Shell Macro Closeup Isolated by Csphoto

取而代之的是，褶菊石的貝殼口部外側(cè)還套著一個(gè)額外的殼層，就像俄羅斯套娃一樣大殼包小殼。

在普通菊石中，隨著接近外殼口部，菊石殼中珍珠層的生長(zhǎng)線變得越來(lái)越向殼口傾斜，但褶菊石額外殼層的生長(zhǎng)線卻是在沿殼口相反的方向上傾斜的，與普通菊石正好相反。

因?yàn)檐涹w動(dòng)物的貝殼只能按部就班地從相當(dāng)于動(dòng)物皮膚的外套膜上開(kāi)始生長(zhǎng)，它們的生長(zhǎng)線只能指向生長(zhǎng)方向，這表明這個(gè)額外殼層與普通殼的生長(zhǎng)發(fā)現(xiàn)相反，因此只能是外套膜伸出殼外，反過(guò)來(lái)包圍外殼制造出來(lái)的，外殼至少部分被軟組織覆蓋——就像魷魚(yú)曾經(jīng)做的那樣。

褶菊石附加外殼的生長(zhǎng)線方向與普通殼方向相反。圖片來(lái)源：作者繪制

這些菊石沒(méi)有退化殼，反而在殼外的軟體外又長(zhǎng)出了一層額外的殼，一來(lái)一回，它們的重量不僅沒(méi)輕，反而更重了。那它們的目的是什么呢？是為了進(jìn)入更深的水體。

褶菊石的軟體覆蓋層以及額外殼層覆蓋著原本的外殼，形成了一個(gè)外層鐵甲內(nèi)層軟墊的盔甲模式，這就像古代的復(fù)合甲胄，鐵甲里面套皮甲，可以極大地增強(qiáng)鐵甲的強(qiáng)度。這樣的結(jié)構(gòu)讓它們能夠適應(yīng)更大的水壓，防止在深水環(huán)境中的殼被壓碎。

對(duì)于褶菊石的復(fù)原，示其位在殼外的軟體外套膜包裹著內(nèi)部的殼（深色部分），表現(xiàn)出外套膜外的另一層殼，圖片來(lái)源：作者繪制

褶菊石在形成肉包殼后，在肉外側(cè)又形成了一層殼，使其形成了一個(gè)殼包肉包殼包肉的結(jié)構(gòu)。圖中藍(lán)色部分表示殼，紅色部分表示肉，圖片來(lái)源：作者繪制

然而，這樣一來(lái)，它們就形成了一個(gè)奇怪的殼包肉包殼包肉的結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)代生物中再無(wú)同類了。

硬要舉相似的例子的話，就是螃蟹，揭開(kāi)螃蟹表面的殼，可以吃到一點(diǎn)兒蟹黃（對(duì)褶菊石來(lái)說(shuō)是一層肉皮），但更多的肉還隱藏在另一層殼下面，想吃到必須再十分麻煩地細(xì)細(xì)剝開(kāi)，還可能時(shí)不時(shí)被里面的碎殼崩到牙……想一想就不是什么容易吃的食物，可能當(dāng)時(shí)的捕食者也是這么想褶菊石的。

科學(xué)家們對(duì)褶菊石是否擁有內(nèi)殼仍有異議，但一些其他菊石，如帶菊石可能也擁有內(nèi)部的殼。

無(wú)論如何，這種本以為將外殼內(nèi)化是為了減重，最后卻走上增重道路的生物，在捕食者咬合力越來(lái)越強(qiáng)的演化歷史上未能突出重圍。它們的嘗試很快失敗，菊石也始終沒(méi)有發(fā)展成像魷魚(yú)那樣的內(nèi)殼生物。

最終，白堊紀(jì)末期的大滅絕事件致使海水酸化，擁有外殼的生物損失慘重，而菊石小型的浮游幼體受影響更大，所有菊石全部滅絕，而幼體更大、抵抗能力更強(qiáng)的鸚鵡螺和退化了殼、受酸化影響較小的魷魚(yú)幸存至今。

菊石本有與魷魚(yú)一同生存的機(jī)會(huì)，卻走錯(cuò)方向，半途而廢，乃至功虧一簣，讓人為之嘆息。

參考文獻(xiàn)：

[1]DOGUZHAEVA L, Mutvei H. Ptychoceras-a heteromorphic lytoceratid with trunscated shell and modified ultrastructure (Mollusca: Ammonoidea)[J]. Palaeontographica. Abteilung A, Pal?ozoologie, Stratigraphie, 1989, 208(4-6): 91-121.

[2]Doguzhaeva L A, Mutvei H. The additional external shell layers indicative of “endocochleate experiments” in some ammonoids[M]//Ammonoid Paleobiology: from anatomy to ecology. Springer, Dordrecht, 2015: 585-609.

[3]Doguzhaeva L, Mutvei H. Structural features in Cretaceous ammonoids indicative of semi-internal or internal shells[J]. The Systematics Association Special Volume, 1993.

[4]Kakabadzé M V, Sharikadzé M Z. On the mode of life of heteromorph ammonites (heterocone, ancylocone, ptychocone)[J]. Geobios, 1993, 26: 209-215.

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[6] Klug C, Schweigert G, Tischlinger H, et al. Failed prey or peculiar necrolysis? Isolated ammonite soft body from the Late Jurassic of Eichst?tt (Germany) with complete digestive tract and male reproductive organs[J]. Swiss Journal of Palaeontology, 2021, 140(1): 1-14.

作者｜古明地戀

本文由科普中國(guó)出品，中國(guó)科普博覽監(jiān)制

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