7月19日凌晨,来自中国、加拿大、美国和澳大利亚的科学家团队宣布,首次在琥珀里发现了蛇类标本,研究发表于《科学》旗下子刊《科学进展》(Science Advances,影响因子为11.511)上。

  包裹着缅甸晓蛇的琥珀 摄影:贾晓

  9.5厘米长的蛇宝宝

  该研究由中国地质大学(北京)副教授邢立达、加拿大艾伯塔大学教授、生物系主任迈克尔·考德威尔(Michael W. Caldwell)、中国科学院动物研究所研究人员陈睿等共同进行。

  邢立达,迈克尔·考德威尔,兰德尔·尼达姆和白明在中科院动物所

  邢立达介绍,这次发现蛇类标本的琥珀有两块,一块包含半条小蛇的骨骼,一块包裹着一片蛇皮。

  发现蛇骨骼标本的琥珀来自一名琥珀爱好者,经显微CT成像显示,其中保存了长4.75厘米的连续的颅后骨骼,包括了约97枚椎骨、肋骨和部分皮肤,这97枚椎骨中的前87节加上肋骨构成了躯干,剩余10节构成尾部,“参照同时代的蛇类,如果标本完整,琥珀蛇的长度大约为9.5厘米”。

  这条不到10厘米的蛇,单一椎骨也非常小,躯干椎体长约0.5毫米,尾椎长约0.35毫米,它很可能是一只刚出生不久的蛇宝宝。

  包含蛇皮的琥珀来自一名琥珀商人,琥珀中是一只大型蛇类的蜕皮,鳞片呈菱形或圆菱形,鳞片间的表皮上有深线,一些区域能看到颜色的变化,但很可能不是原来的色彩,此外还能观察到圆形或环状的花纹。这张蛇皮的主人体长可能可达60至70厘米,是当时缅甸琥珀森林的大型掠食者。

  琥珀中的蛇皮 摄影Ryan C. McKellar

  蛇化石极为稀有

  邢立达介绍,与其它脊椎动物化石相比,蛇化石是极为稀有的,这可能是因为大多数蛇类骨骼的质地都不是很坚硬,能形成化石并保存下来非常不易,而且,此前人们也从未在琥珀中发现过蛇类。

  这一次的琥珀内容物是怎样被确定为蛇类的?科学家们在2016年初拿到这两块琥珀,然后耗费了近一年时间来重建骨骼的三维结构。论文合著者之一、中国科学院动物所副研究员白明介绍,这批标本中最重要的一件已经有些许腐烂,已经暴露出骨骼,这种情况反而对显微CT等无损设备的成像十分有利,通过对CT数据的重建、分割和融合,学者们最终无损得到了所有骨骼的高清3D形态。

  缅甸晓蛇和对应的CT重建 摄影白明

  加拿大艾伯塔大学生物系主任迈克尔·考德威尔(Michael W. Caldwell)教授研究了标本的3D形态,发现,它有着明显的腹下椎骨(前泄殖腔椎骨),一共87节,推测总共有160节,而且标本的脊椎骨还有着特化的椎弧凹与椎弧凸,这是蛇类的重要特征,这两个结构互相镶嵌着形成球状窝,使得蛇的每一节脊椎骨都能牢牢的相扣,并且又能转动灵活。

  缅甸晓蛇的CT重建

  曾被误认为蜥蜴化石

  根据其骨学特征,研究者们将这件标本命名为缅甸晓蛇(Xiaophismyanmarensis),属名Xiaophis中的“Xiao”源自中文“晓”,向发现该枚琥珀的贾晓女士致敬,ophis为希腊语中的蛇,种名“myanmarensis”表明化石发现于缅甸。

  研究者之一陈睿解释,“晓”字有多层含义,不仅是收藏者的名字,也有破晓之意,暗示了这条蛇的原始,此外,也与“小”字同音,暗示着极小的标本。

  据这块琥珀的发现人贾晓讲述,发现它的过程相当曲折。2016年初她在开一批琥珀原石时发现了它,当时它“黑乎乎的毫不起眼”,磨开了部分表皮后有一段动物包裹体和碳化的植物碎屑,像是巨大的蜈蚣,但在放大镜下仔细看后发现,“蜈蚣腿”其实是在动物体内,又像一只残破的小蜥蜴的肋骨,而蜥蜴琥珀她已经有几块了,加上这块的珀体并不好看,她没有继续研磨,收了起来。

  转机发生在不久后,贾晓与家人去旅游,在香港转机,路过一个小画廊时,看到一幅精美的画中画着眼镜蛇骨架,她多看了几眼,发现,画里的蛇骨跟那块琥珀里的“实在太像了”。之后,这块琥珀被磨去全部表皮,送到了邢立达手里。

  贾晓女士和缅甸晓蛇琥珀

  来自0.99亿年前的恐龙时代

  论文作者之一、美国中西大学兰德尔·尼达姆教授(Randall L. Nydam)介绍,缅甸晓蛇可以说是现在蛇类的祖先之一,“缅甸晓蛇的颅后骨骼显示与其他白垩纪冈瓦纳蛇类极高的相似性,如阿根廷发现的、距今9000万年的狡蛇(Najash)和恐蛇(Dinilysia)。将缅甸晓蛇加入到早期蛇的系统发生分析中后发现,缅甸晓蛇位于冈瓦纳基干类群中,如狡蛇(Najash)、恐蛇(Dinilysia)和古裂口蛇(Sanajeh)及现代蛇(冠群)之间。”

  另外,这两块琥珀中都含有昆虫、昆虫粪便和植物残留物,提供了当时的森林生态系统记录,邢立达介绍,它们都与缅甸著名的琥珀产区——缅甸北部克钦邦胡冈谷地所产琥珀一致,而此地琥珀中的火山灰测定出其地质年龄约为0.99亿年。

  也就是说,这是两件0.99亿年前的蛇类标本,那个时代正值中生代白垩纪,即恐龙时代之一。

  实际上,蛇的祖先可以追溯到更早的侏罗纪中期,但那时的化石比较破碎,提供的信息不多,到了缅甸晓蛇生活的晚白垩世早期(约1亿至9500万年),蛇类已经有了全球性分布,南欧、非洲、北美、中东和南美都曾发现蛇类化石,但都是岩石中的化石,琥珀里的蛇类化石,这次是第一次发现。

  缅甸晓蛇复原图 绘图刘毅

  生活在热带雨林环境中

  缅甸琥珀中保存的一些植物和无脊椎动物表明,缅甸晓蛇生活的环境,是一个包含有淡水栖息地的、潮湿温暖的热带雨林生态系统。海生介形类的存在则表明,部分琥珀森林亦濒临海岸线。

  缅甸晓蛇是首次在中生代森林环境中发现的蛇类,表明早期蛇类的生态多样性比以前的人为地更为多样。

  迈克尔·考德威尔教授假设,缅甸晓蛇可能从水生蛇类演化而来,后来迁徙到了外来地块的岛屿陆生环境中;特提斯海里广泛分布着多种森诺曼阶海生蛇,南美最近也发现森诺曼阶的海生蛇,这都表明在陆生和水生环境中的蛇类多样性出乎人们的意料。

  邢立达说,缅甸晓蛇等蛇类琥珀的发现,是人类首次在琥珀中找到蛇类,也是首次在化石记录中发现新生蛇,其个体发生学特征在蛇类化石中可以说是史无前例,这些琥珀为自然界最成功和最具代表性的动物群之一提供了绝佳的演化线索。

  缅甸蛇类复原图 绘图刘毅

  2016年至今,邢立达团队还发现了琥珀中的各种古鸟类、恐龙、介形类和蛙类。