作為遠(yuǎn)古滅絕的、至今還殘留著化石的古生物有寒武紀(jì)的蝦型動物奇蝦和侏羅紀(jì)的大型海棲爬蟲類滄龍等，如今我們已經(jīng)不知這些奇怪的動物在昔日海洋里究竟是如何游泳的，抑或是怎樣進(jìn)化而來的，更不能用現(xiàn)在的生物物種來想象它們。最近，日本神奈川大學(xué)宇佑見教授卻讓它們在計算機上動了起來，正確地再現(xiàn)了當(dāng)年古生物在海洋中的活動情形。他將這項分析和復(fù)原的研究稱之為“用數(shù)字恢復(fù)失去的世界”。

億萬年前稱霸海上的奇蝦

大約在5.7億年前的寒武紀(jì)時代，生物化石記錄開始變得豐富起來，此前種類不太多的生物一下子變得多樣化。另外，已經(jīng)有作為化石容易保存下來的硬殼。

那么，初期生物的形狀是按什么原則構(gòu)成的呢？宇佑見教授帶著這樣的疑問開始了對古生物形狀的研究和探索。

那是距今約5.3億年前加拿大英屬哥倫比亞省的伯吉斯頁巖動物群。現(xiàn)在知道當(dāng)時的加拿大生活著各種各樣的動物，有長著五只眼睛的奧伯皮蟲或有筒形軀體長著14枚荊棘的怪誕蟲，以及長得像蝦那樣的奇蝦等，如果從現(xiàn)在的常識來考慮，會發(fā)現(xiàn)許多怪異的物種。

其中受到宇佑見教授特別關(guān)注的是奇蝦，這也是現(xiàn)在議論分類歸屬有不同看法的動物。奇蝦的頭上有一對莖狀大眼睛，還有一對強大的抓肢和一個具有尖牙利齒的巨大圓形口器。大眼睛使奇蝦具有寬廣的視野，強大的抓肢可用于抓捕并牢牢控制住較大型的動物，具有尖牙利齒的嘴能夠撕碎各類動物的軀體。奇蝦的腹面兩側(cè)具有槳狀的腿外肢和腿內(nèi)肢結(jié)構(gòu)，這使得它們既可以在海中迅速游動，又可以利用腿肢抓捕其他動物。

在伯吉斯頁巖動物群中的奇蝦，體長2米，是個頭最大的，高居當(dāng)時生態(tài)系的頂點，應(yīng)該是最強大的捕食者，并且也是分布區(qū)域最廣的動物之一，不僅在北美大陸，而且在中國、澳大利亞、東歐等地也發(fā)現(xiàn)有此類化石。

很難想象這樣大繁榮的生物沒有任何先兆就突然出現(xiàn)，變成當(dāng)時生態(tài)系的霸主，但是確實也沒有發(fā)現(xiàn)連接奇蝦祖先的化石。從理論上來說，奇蝦在它到來之前的進(jìn)化途中應(yīng)該存在所謂“缺失環(huán)”上的動物，只是化石沒被發(fā)現(xiàn)而已。

進(jìn)化途中的三種設(shè)想

既然沒有留下化石，要從古生物學(xué)上討論奇蝦的祖先是困難的，因此宇佑見教授在分別假定它細(xì)長的軀體為薄的長方體、鰭為板子的情況下制作成物理模型。他認(rèn)為，以這個模型為基礎(chǔ)到誕生奇蝦的模樣大體上有三種途徑。

第一種，假定是它原來細(xì)長鰭的幅度變寬，完成像化石所看到的模樣的模型。考慮其祖先的樣子是像蜈蚣那樣典型節(jié)肢動物的形狀，按這個模型推論，它最初的祖先與其說用鰭游泳不如說是用附肢腳在海底走。

第二種，假定它是由短鰭逐漸變長的模型。按這個模型推論，奇蝦的祖先應(yīng)該是短腿的生物。

第三種，假定是奇蝦的軀體本身變長的模型。隨著軀體的變長，鰭的數(shù)量也增加。這樣軀體本身變長被視為三葉蟲成長的模式。

在這三種模型中，宇佑見認(rèn)為最適合奇蝦的進(jìn)化系譜是第一種模型。按第二種模型說，奇蝦的祖先是短腿生物，不能充分發(fā)揮游泳能力。為此，作為進(jìn)化前的問題，可以說連種的生存都有疑問。

第三種模型實際上被視為三葉蟲等的進(jìn)化模式，但是鰭的增加必須發(fā)現(xiàn)在基因上有大的變化才行。因為有三葉蟲的實際例子，這個模型不能一概否定。但是鰭的幅度變寬遠(yuǎn)比鰭的數(shù)量增加容易發(fā)生。

已完成的游泳能力

假定奇蝦像第一種模型那樣進(jìn)化，那么它的游泳能力是怎樣變化的呢？

為了容易計算游泳能力，宇佑見假定奇蝦的鰭都是7厘米寬。另一方面，按第一種模型設(shè)定，奇蝦最初祖先的鰭的寬度是3厘米。他將奇蝦進(jìn)化分為五個階段，每個階段鰭的幅度變寬1厘米，并由此算出其游泳速度。其結(jié)果是奇蝦化石寬度在3~6厘米時，伴隨鰭變寬1厘米，奇蝦的游泳速度是10厘米/秒，到寬6厘米時速度為40厘米/秒。按宇佑見的說法，游泳所需的能量也是等間隔地增加。

但是，當(dāng)被發(fā)現(xiàn)的奇蝦化石幅度到寬7厘米，這時算出其游泳能力顯著提高，達(dá)到90厘米/秒，而其所需能量與寬6厘米時幾乎一樣。即奇蝦用與寬6厘米的祖先同樣的能量卻能獲得其祖先2倍以上的游泳速度。

根據(jù)物理模型來看，奇蝦的游泳與現(xiàn)在的蝦酷似。如果進(jìn)化繼續(xù)，鰭幅變寬，相鄰的鰭之間的縫隙消失，而且所有的鰭聯(lián)動，猶如水上起浪那樣，能夠有效地劃水前進(jìn)。此時，一串的鰭看上去像一個似的。

滄龍緩慢地游泳

從現(xiàn)在的常識來看，奇形怪狀的海洋生物并不是僅限于伯吉斯頁巖動物群，如果將時鐘向前推移3億年左右，著眼于大約2.4億年前開始的恐龍時代的海洋，我們就能夠看到稱霸當(dāng)時海洋的海棲爬蟲類是以魚龍類、蛇頸龍類和滄龍類三個群體為主。假如追溯它們祖先的話，均來自類似蜥蜴的陸地爬蟲類，宇佑見對上述各個群體的游泳方法推測如下：

魚龍類是包括魚龍在內(nèi)的群體。許多魚龍的體型接近現(xiàn)在金槍魚，頭與軀體、尾巴構(gòu)成短的流線型體型。從物理學(xué)上分析的結(jié)果知道，它游泳方式也是金槍魚型的，即一邊擺動身體后部一邊前進(jìn)。

這種金槍魚型的海洋生物在游泳生物中能夠游出最快速度。具有流線型身體的魚龍適于分開水流前進(jìn)，能以每秒2米的速度游動。

包括體長9米的瘤龍在內(nèi)，滄龍類是在現(xiàn)代海洋動物中看不到的類型，它具有利齒的兇猛強壯的頭部和像海蛇那樣細(xì)長的身體。從分析結(jié)果知道，它的游泳方式比起魚來更接近海蛇。

根據(jù)宇佑見的分析，滄龍可以使身體有大的彎曲，緩慢地游動。其速度是每秒1米左右。滄龍有前后共計4枚鰭，但是這個鰭與游泳無關(guān)，僅為轉(zhuǎn)換方向使用。

魚龍類、滄龍類的游泳方式通過物理計算已被算出，但是像薄片龍或雙葉鈴木龍等所知的蛇頸龍的游泳方式還有很多的迷。這讓宇佑見感到棘手。原來無論是魚龍或滄龍，均構(gòu)成細(xì)長板那樣的身體，能夠用行進(jìn)方向和左右的二維模型計算。但是，蛇頸龍的頭和軀體可以做出不同行進(jìn)方向左右擺動和上下活動的三維模型，因此計算變得復(fù)雜，需要大量的時間。目前僅知道它們可將鰭作上下交替活動，故而推斷能夠比其他動物能更有效地游泳。難怪宇佑見說：“在海棲爬蟲類中，蛇頸龍構(gòu)成最復(fù)雜的體型。分析它的游泳方式或許要花畢生的精力。”

綜上所述，型體長與游泳速度或游泳所必要的能量有密切關(guān)系。像魚龍那樣的金槍魚型，如果它的體型加長，則知道光是加長就能使游泳速度變快。與小型魚龍相比，大型魚龍的游速要快得多。

從計算機分析來看，越是大型的金槍魚型魚龍越是需要消耗大量的能量去游泳，所以說它們是用能量消耗來換取速度的。

而像滄龍那樣的海蛇型則不然，即使體長變長，游泳速度也只能快到一定速度，其游泳所必要的能量伴隨體長的變長而增加，但是沒有金槍魚型的那么多。一旦超過一定的大小，即使同樣的尺寸，滄龍也不能像魚龍那樣快速游泳。但是，其能量的消耗也小。

從這點上分析，我們也能在某種程度上推斷滄龍的生態(tài)，即滄龍不會到處游，而是看見游到近處的獵物才猛地咬住。這意味著滄龍不是像魚龍那樣去周游遠(yuǎn)洋的。

宇佑見對復(fù)原遠(yuǎn)古動物的計劃還剛剛開始，但是他充滿信心，希望通過物理學(xué)和古生物學(xué)兩個不同領(lǐng)域的相互合作，對過去只能用化石看的生物進(jìn)行數(shù)字復(fù)原或?qū)B化石都尋不到的缺失環(huán)上的生物進(jìn)行創(chuàng)造，并用虛擬現(xiàn)實技術(shù)讓人們置身于虛擬的侏羅紀(jì)海洋生物世界，身臨其境地感受海洋霸主們驚心動魄的生存競爭。

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