10种动物如何进化出其标志性特征

鲸鱼为什么这么大？长颈鹿的脖子为什么这么长？以下是动物王国 10 个标志性特征的起源。

动物有各种形状和大小，许多动物都具有令人难忘的标志性特征。从长颈鹿的长脖子到锤头鲨奇特的头部，以下是 10 种非凡动物如何进化其标志性特征的过程。

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1.海龟壳

多年来，科学家们一直在争论海龟壳是如何进化的。根据《当代生物学》杂志上发表的一篇报告，古生物学家曾经认为，甲壳是通过骨皮融合形成的，骨皮是构成鳄鱼和犰狳的保护性鳞片的骨沉积物。但鉴于现代海龟胚胎的发育方式，发育生物学家不同意这一理论。相反，他们相信乌龟祖先身体下面的肋骨融合在一起，并逐渐在身体上结合在一起形成龟壳。

直到2008年，中国科学家发现了化石Odontochelys semitestacea，这一争论才得以平息，其名字的意思是“有牙齿的半壳龟”。 ”尽管化石动物的外壳不完整，但它没有骨皮，并且肋骨变宽，证实了发育生物学家的理论。科学家表示，这代表了龟壳进化的中间步骤。 Proganochelys 属的化石显示了进化的后期阶段。

2.长颈鹿的脖子很长

长颈鹿的脖子可达 10 英尺（3 米）长，使它们能够够到高高的树叶。但他们并不总是拥有这种令人印象深刻的功能。

Discokeryx xiezhi是一种绵羊大小的现代长颈鹿的远亲亲戚，生活在大约1700万年前的中新世早期（2300万至530万年前） 。它有一个粗短的脖子和一个圆盘状的厚头骨。科学家在 2022 年提出，D. 的厚头骨。獬豸的进化能够承受雄性之间打斗时头部的猛烈打击。这些同样的比赛促进了他们脖子的生长，以帮助战斗。这被称为“性的脖子”假说，表明竞争导致脖子变长。与失败者相比，赢得战斗的雄性更容易将这些基因传递给后代，最终形成了我们今天看到的长颈鹿。

3. 象牙

大象的象牙深深扎根，从嘴里伸出，不断生长。这些象牙实际上是巨大的牙齿，在挖掘、举起物体、剥树皮和保护自己时，赋予厚皮动物进化优势。

已知最早的象牙是在二齿兽中发现的，这是一群粗壮的、类似猪的食草动物，生活在2.7亿年前，具有独特的尖喙，两侧都有突出的牙齿。

这个拥有真牙的分支成员也缺失了几颗牙齿。研究人员推测，长出持续生长的象牙可能比更换可能脱落的牙齿更有利。他们还认为，随着时间的推移，不同种群的象牙是独立进化的。当象牙发育时，软组织韧带形成，将大牙齿固定在下颌上。

4. 蓝鲸的巨大体型

蓝鲸（Balaenoptera musculus）是有史以来最大的动物。它们的体型让人很难相信猛犸象海洋哺乳动物是从狗大小的祖先巴基鲸进化而来的。根据《生物学快报》杂志 2016 年的一项研究，须鲸（包括蓝鲸）的体型在过去 530 万年里显着增长。

这种加速增长的主要原因之一是须鲸的滤食行为，它们使用鬃毛状的牙齿从海洋中筛选浮游生物。这种有点“被动”的进食策略与高效的新陈代谢有关，这使得鲸鱼能够在长途旅行时保存大量的能量。

研究人员认为须鲸的爆炸性增长始于更新世（260万至11,700年前）。冰层中营养丰富的径流流入海洋，形成了密集的浮游生物和磷虾。海洋的高生产力与鲸鱼的低能量消耗相结合，推动了动物的快速生长，使它们达到了我们今天看到的巨大体型。

5.老虎条纹

老虎的条纹因人而异，就像人类的指纹一样。这些标记在帮助老虎捕猎时保持隐蔽方面发挥着重要作用。这些条纹有助于打破动物身体的形状，使其与高高的草丛融为一体。

1952 年，英国数学家艾伦·图灵提出理论，认为两种均质物质之间的化学反应导致了著名的虎纹图案以及自然界中常见的其他图案。他将这些物质称为“形态发生素”。一种充当“激活剂”，另一种充当“抑制剂”——“激活剂”导致条纹形成，“抑制剂”创建空白区域。

2012 年，Nature Genetics 杂志上的一项研究通过识别在小鼠口腔中脊状图案形成过程中发挥作用的形态发生素，实验验证了这一理论。

6.锤头鲨的头

众所周知，双髻鲨有着独特的锤形头部，两端各有一颗圆圆的眼睛。现存的双髻鲨的祖先首次出现于2000万年前。

人们认为锤头鲨的进化是从“正常形状的头部”进化而来的，因此从头部更圆的鲨鱼进化而来，随着时间的推移逐渐拉长，变成了头部更加清晰的更大的鲨鱼。

2010 年，对现存的八种不同体型的双髻鲨进行了DNA 分析，结果显示双髻鲨的祖先非常大，长约 6.5 英尺（2 m）。科学家推测，现代双髻鲨的异常形状的头部来自较大的个体，直到后来随着进化才出现在体型较小的双髻鲨中，例如窄头双髻鲨（Sphyrna tiburo）。

很少有理论可以解释锤头鲨不寻常的头部形状的功能以及它为什么会这样进化。一些人认为它提高了机动性，帮助鲨鱼捕获猎物，甚至可以增强它们的嗅觉。在实验生物学杂志 2023 年 12 月发表的一项研究中，科学家们表明与细头鲨鱼相比，鲨鱼宽大的头部赋予它们更好的双眼视觉、深度知觉和立体视觉。

7.响尾蛇拨浪鼓

响尾蛇尾巴的声音让任何听到它的人都感到脊背发凉。尾巴上发出噪音的嘎嘎声是由空心的角蛋白帽制成的，这些角蛋白帽松散地相互连接，当蛇摇动尾巴时就会发出声音。

在《美国博物学家》杂志 2016 年的一项研究中，科学家们研究了来自 Viperidae 科（包括响尾蛇）和 Colubridae 科（其中一种蛇）的 56 种蛇类。最大的蛇科）。当面临可能的威胁时，两个家族的蛇都开始摇动尾巴末端，这表明这种行为有共同的起源。与响尾蛇关系更密切的物种在尾巴振动的持续时间和速率方面也有相似之处。

这项研究背后的研究人员认为，这种广泛存在的蛇行为可能是“响尾蛇发出嘎嘎声的行为的信号前兆。”最快摇动尾巴的蛇可能在尾巴末端长出了愈伤组织，以服务于响尾蛇的行为。作为对捕食者更好的警告信号，这最终导致了拨浪鼓的产生。

8. 蜂鸟的长嘴 

蜂鸟是世界上最小的鸟类，以其鲜艳的颜色和有助于在花朵中获取花蜜的长喙而闻名。蜂鸟于 4200 万年前在欧洲从雨燕（喙较短且较宽的食虫鸟类）中分离出来。然后，它们在大约2200万年前出现在南美洲，并进化出了独特的甜味感受器。根据《科学》杂志 2014 年发表的一项研究，它们还对花蜜产生了兴趣。

结果，蜂鸟的喙进化为更好地以不同的花卉品种为食，竞争促进了喙长度和形状的多样性。

9. 龙虾爪

类似龙虾的甲壳类动物首次出现于大约 4 亿年前。现代生物拥有惊人的大且不对称的爪子，其中较大的爪子占主导地位，类似于人类的右撇子或左撇子。

成年龙虾会发育出带有快速纤维肌肉的切爪，可以以20毫秒的速度折断，以帮助撕裂和切割食物。它们的另一个爪子是短而重的破碎爪。破碎机爪肌由慢肌纤维组成，可以施加每平方英寸100磅的强大压力。

另一方面，幼年龙虾的爪子是对称的，并且随着动物变大而慢慢变化。爪子会根据使用方式而逐渐发生变化。

从早三叠世开始，有爪龙虾就首次表现出左旋和右旋的特征。理论表明，这种适应帮助龙虾在中生代海洋革命时期撬开或压碎带壳生物，这段时期介于三叠纪（247.2 至 2.42 亿年前）和现代末期之间。白垩纪（6600万年前），在此期间，海洋动物进化出捕食贝类的新方法，捕食者之间对食物的竞争也日益激烈。

10.鹈鹕喙袋

鹈鹕是大型水鸟，以其长喙和大喉袋而闻名，这有助于它们每天消耗多达 4 磅（1.8 公斤）的鱼。他们舀起一桶水，把鱼困在嘴里。

这种方便的工具是如何进化的仍然是一个谜，因为生活在古近纪时代的鸟类中很少发现喙和喙化石（距今6600万至2300万年前）。这种情况在2010发生了变化，当时发现了已知最早的鹈鹕化石，其喙几乎保存完好。研究人员发现，在过去 3000 万年里，鹈鹕的育儿袋发生了微小的变化。

由于它们的育儿袋，鹈鹕可以吃大量的食物，因此研究作者认为这就是它们进化的原因。