旋齿鲨(英文名Helicoprion、学名Helicoprion),有“深海
链锯”和“
菊石亚纲开罐器”之称,虽然名“鲨”,但并不是鲨鱼(“鲨鱼”属于软骨鱼纲下的
板鳃亚纲),而是分类为
软骨鱼纲全头亚纲-
尤金齿目旋齿鲨科-旋齿鲨属的远古海洋生物,与鲨鱼只是近亲。旋齿鲨牙齿外形奇特、不是并排而生,而是像
杆菊石的壳一样呈螺旋形,长在下颌底部。根据长达60cm的螺旋状牙齿盘推断,旋齿鲨个体体长可以超过12米,体长范围为7.5至12米,为目前所知最大的尤金齿目物种,是名副其实的海中
巨兽。
旋齿鲨首次出现2.9亿年前(
二叠纪早期),曾是海洋中的霸主,以各种鱼类及菊石为食。旋齿鲨在二叠纪-
三叠纪灭绝事件中幸存,最终于2.5亿年前(三叠纪早期)灭绝,其化石分布于
北美洲、东欧、
亚洲与澳洲。具体产地有
俄罗斯乌拉尔山脉、北美、
澳大利亚、中国西藏、湖北、
江苏省、安徽、
浙江省、
贵州省等地。
1899年,旋齿鲨化石首次被俄罗斯古生物学家亚力山大·卡宾斯基发现于
乌拉尔山脉并由其命名。2024年中国
陶艺家和化石修复设计师蓝潜在杭州
李家镇山上寻找
菊石亚纲时,发现“海洋霸主”牙齿。对于这个令人着迷的神秘生物,目前的了解仍然只是冰山一角,更多的秘密还埋藏在古老的岩石中,等待着科学家们的深入研究和探索。
命名来源
1899年,一组奇特的生物化石——由大到小螺旋排列的牙齿化石被
俄罗斯古生物学家亚力山大·卡宾斯基(Alexander P. Karpinsky)发现于乌拉尔山脉。这位古生物学家、也是俄罗斯地质学家,他经过研究认出了化石的真实面目,将其命名为旋齿鲨(Helicoprion)。“Helico”源自
希腊语“螺旋状”,“Prion”则源自“锯”,组合起来意即“螺旋锯”。这用来指旋齿鲨(Helicoprion)的牙齿,这些牙齿从大到小,内卷成环状螺旋形齿,犹如铣刀。
与相关动物的关系
与鲨鱼的关系
旋齿鲨虽然名为鲨,但从被岩石掩埋部位的
软骨组织的排列方式判断,它其实属于全头亚纲,与属于
板鳃亚纲的鲨鱼仅是
近亲蟳关系,而与如今的
银鲛目类才是一家。“鲨鱼”是板鳃亚纲鲨总目的统称,而“旋齿鲨”是全头亚纲
尤金齿目旋齿鲨科旋齿鲨属的统称。由于过去人们常把旋齿鲨作为鲨鱼,这个“误会”就一直延续了下来。
与菊石的关系
研究人员通过建立多种肌肉模型来推测旋齿鲨的进食模式,通过力学结构分析发现,旋齿鲨适合以
软体动物门(尤其是菊石)和部分小型鱼类为食。
旋齿鲨螺旋状的牙齿有自己独特的进食方式:当旋齿鲨咬住猎物时,会通过不停地咬合、松口,螺旋齿会以传送带的形式将食物逐渐送入口中,且这个过程中食物已经切割成了小块。
研究人员还发现旋齿鲨的螺旋齿具有“剥壳”的功能:旋齿鲨在咬住菊石的时候,通过强大咬合力将菊石的软体部位不断向嘴里拖拽,可以将菊石的软体部分轻松的从壳里拔出。在不使用任何工具的情况下吃完整个“
田螺”。
所以,
杆菊石即使作为曾经统治过整个
奥陶纪海洋的霸主,在
二叠纪的时候被旋齿鲨无情蹂躏。旋齿鲨也有了外号——“菊石开罐器”。
与同属的关系
旋齿鲨与
剪齿鲨属、副旋齿鲨(
太陆鲨)等多种已经灭绝的鱼类同属于旋齿鲨属。
演变
旋齿鲨是一种非常成功、分布广泛的动物,是为数最多的软骨鱼类。它在全球各地代表二叠纪海洋的岩石中都有发现,而且有时数量还相对较多。它似乎已经存在了至少一千五百万年,在这段时间里演化出了很多种类。除大部分现生者外,许多化石
软骨鱼也属此类。它们的鳍基变得狭窄,口裂也显得横宽,鳃裂5-7对。早石炭世的栉棘鲨被认为是本目的最早代表,它的许多特征与
裂口鲨相似,如双接型颌骨、鳍基较宽、牙齿主尖高侧尖低,但栉棘鲨两个背鳍前端有硬棘则不同于裂口鲨,却与本目中生代的代表
弓鲛相同。弓鲛的牙齿和背鳍棘常保存为化石,牙齿有一个主尖和每侧一个或多个侧尖,齿冠低矮较粗钝,且有纵沟;背鳍棘表面有粗糙的脊和沟,脊上有疣突;棘后缘上部和前缘下部有两行齿突。
形态特征
旋齿鲨在众多古生物中始终保持着自己独特的色彩。基于
软骨鱼的特性,即全身骨骼几乎都由软骨组成(就像耳朵的骨头一样),这也就意味着鲨鱼的骨头很难保留成化石,只有牙齿和鳞片这些硬组织可以保留下来,所以自然界几乎找不到旋齿鲨的骨骼化石,这更为旋齿鲨增加了一层神秘的色彩。因为早期发现的大量旋齿鲨化石只保留有牙齿或螺旋状的牙齿盘,所以人们对这种诡异的牙齿应处的位置一直存在着巨大的争议。但随着旋齿鲨牙齿的争论,旋齿鲨的外形也得以复原。
早期猜想
最早发现旋齿鲨的古生物学家曾多次尝试去复原旋齿鲨,他最初尝试把螺旋状的牙齿盘放在背鳍上如同风车一样,也曾尝试放在尾巴或者鼻尖上,像一只长者。直到1952年,
俄罗斯古鱼类学家Dimitri Obruchev认为,
下颚的位置“只会阻止鱼类进食”,他把
轮盘放在上颚,认为它可以作为动物头部的减震器。
发展复原
1995年,
澳大利亚古生物学家John Long在“鱼类的兴起:五亿年的演化”一书中绘制有一幅假设的插图,描绘旋齿鲨的下颌向下卷曲成螺旋状,上面牙齿密布。他认为旋齿鲨的牙齿可以卷到下颌下面,当猎物靠近时,可以吐出牙齿当作鞭子使用,抽打被
捕食的动物,并将猎物钩在凸出的牙齿上。他还认为,旋齿鲨将下颌旋转起来,是为了模仿
杆菊石(已灭绝带壳头足的动物,旋齿鲨的最爱)的外貌,借此来吸引猎物达到捕食的目的。这一复原模型逐渐得到了大部分古生物学家的认可,直到真正的旋齿鲨形貌发现之前,几乎所有的复原图都在这个模型的基础上修改。
逐渐统一
下面是美国国家地理对自1899年以来不同生物学家对旋齿鲨复原图的汇总,以及Tapanila(2013)文章中对旋齿鲨复原图的总结。从图中可以看出,最初螺旋齿所处的位置被安排在身体各处,1955年之后基本确认生长在嘴部,然后逐渐对牙齿应有的形态展开了探讨,最后大家的观点逐渐趋于一致。
接近真相
2013年,美国
爱达荷州自然博物馆将旋齿鲨牙齿化石进行CT扫描后,发现岩石中还残存着上下颌的骨骼,这才证明它们的上颌没有牙齿,根据CT扫描的还原工作,可以清晰地看出旋齿鲨牙齿化石是被包裹在下颌里面的。同时由上颌的构造判定出它们不属于板鲤
亚纲,而是全头亚纲的银蛟的亲戚。
谜团破解
2013年,科学家根据其附着的
软骨化石,通过
计算机3D建模后,确定螺旋状牙齿是长在下颌口腔内侧,就像人类的舌头一样。模拟显示,旋齿鲨的嘴巴可张开到90度,超过了
噬人鲨的60度,但它的咬合力只有现代大白鲨的30%。它们在捕猎时张开大嘴攻击,用中间向后倾斜的牙齿咬住猎物。猎物被螺旋状牙齿送入上颌的一个凹口,紧接着被切成两半吞入。和现代鲨鱼不停换牙的情况不同,旋齿鲨的牙齿终生都不会脱落,螺旋状的牙根会不停地生长,上面新长出的牙齿会推动原来的牙齿向螺旋结构的内侧移动,以达到“换牙”的目的。旋齿鲨的新牙会依次替换旧牙,牙齿数量最多可能达到150颗。
体型与速度
旋齿鲨有着和
噬人鲨相似的身体形状,但它要比大白鲨更扁一些。另外,旋齿鲨要比大白鲨长,根据长达60cm的螺旋状牙齿盘推断,旋齿鲨个体体长可以超过12米,体长范围为7.5至12米,为目前所知最大的
尤金齿目物种而现实中最长的大白鲨只有 8 米。
旋齿鲨能够像鲨鱼一样在水里游动,但它嘴里的“圆锯”(呈螺旋状排列的牙齿)可能会降低它前进的速度。
物种灭绝
旋齿鲨首次出现2.9亿年前(
二叠纪早期),在二叠纪-
三叠纪灭绝事件中幸存,最终于2.5亿年前(三叠纪早期)灭绝。主要原因来自食物链的崩塌:
因为对菊石等软体生物的过度依赖,这给旋齿鲨带来了致命性的问题。二叠纪-三叠纪之交发生了地质历史时期最大的一次灭绝事件,俗称“P-T大灭绝”,地球上96%的物种忽然之间消失。这次灭绝事件也对
杆菊石等
软体动物门产生了十分严重的创伤,菊石几近灭绝,而旋齿鲨虽然在这次大灭绝事件中幸存下来,但丧失了大量食物来源的它们在三叠纪初很快地跌下了食物链的顶端,逐渐走向了灭绝。
从
泥盆纪开始,鱼类一直活跃于海洋中。旋齿鲨作为当时的海洋霸主,艰难地熬到
三叠纪时,出现了一个更狠的新霸主——
鱼龙目。鱼龙是蜥形纲的后代,原本是上岸的
爬行纲,后来又回到海洋中。旋齿鲨在霸主之争中落败,最终于2.5亿年前(三叠纪早期)灭绝。
考古发现
旋齿鲨化石发现于世界各地,分布于
北美洲、东欧、
亚洲与澳洲,具体产地有
俄罗斯乌拉尔山脉、北美、
澳大利亚;中国西藏、湖北、
江苏省、安徽、
浙江省、
贵州省等地。
1899年,俄罗斯的古生物学家在乌拉尔山上发现螺旋齿化石,后经研究由他命名为旋齿鲨,所以他也是第一位发现旋齿鲨化石的专家。
1907年,美国
艾奥瓦州也发现了这样的螺旋排列的牙齿化石,由此证明这些化石并不是简单的个例。在日本
宫城县的
气仙沼市也曾出土过,其牙齿呈螺旋状,卷了三四圈。
1962年,旋齿鲨化石在中国首次发现于浙江,我国古鱼类学家将其命名为长兴中国旋齿鲨,是新属新种。
1975年春,在海拔4600米的珠峰上又发现了一件珍贵的旋齿鲨化石,其螺旋齿是弧形的,位于
三叠纪地层中,命名为中国旋齿鲨珠峰种。
2004年,中国
贵州省发现早二叠世茅口期的旋齿鲨化石。
2024年11月2日下午,
陶艺家和化石修复设计师蓝潜在杭州
李家镇山上寻找
菊石亚纲时,发现“海洋霸主”牙齿。这是
杭州市第一块由人工挖掘到的旋齿鲨牙齿,之前曾有一块旋齿鲨牙齿,是被人意外捡到的。中国科学院南京地质古生物研究所负责李家生物群研究的
季承副研究员说,这是在李家镇发现的第二块旋齿鲨化石。
未来探索
虽然旋齿鲨早已灭绝,但它留下的谜团和化石,仍在激发着科学家、研究者和
古生物学爱好者对这个古老生物的兴趣和探索。对于这个令人着迷的神秘生物,目前的了解仍然只是冰山一角,更多的秘密还埋藏在古老的岩石中,等待着科学家们的深入研究和探索。