極其鋒利、拋棄式刀片般鯊魚牙齒,刻劃出四億年長遠又血腥的歷史

極其鋒利、拋棄式刀片般鯊魚牙齒,刻劃出四億年長遠又血腥的歷史
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我們想讓你知道的是

鯊魚可以持續長出新牙,每隔七到十天就能長出新的一組,並把舊牙像用舊了的刀片一樣拋棄。 鯊魚的牙齒極為鋒利,其尖端只有萬分之四公分寬,是世界上最鋒利的天然構造之一。 如果不小心的話,就連鯊魚化石的牙齒都能讓人受傷。

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文:史蒂芬.帕隆比(Stephen R. Palumbi)、安東尼.帕隆比(Anthony R. Palumbi)

美麗、有力、讓人戰慄,鯊魚一向緊抓著人類的想像不放。有人說牠們是進食機器,完美的死亡工具,理想中的殘酷掠食者。作家艾爾裴琳(Juliet Eilperin)在她的《魔鬼魚》(Demon Fish)書中引用了希臘詩人歐匹安(Oppian)形容鯊魚的話:「不斷瘋狂地追尋食物,永遠處於饑餓狀態,牠們貪食的胃口從未消減半分。」 鯊魚充滿肌肉的流線形身體像魚雷一般,特別適合平常輕鬆地滑行以及攻擊時產生爆發性的速度。牠們的嘴巴不是進食工具,而是殺戮武器:牠們口中一排排像鋸齒狀刀片的牙齒會往前移動,以取代上一回因啃咬獵物骨頭而碎裂的牙齒。牠們奇特的感覺器官可在遠距離就察知些微數量的血液,並且「聽到」獵物心臟發出的電脈衝。

牠們皮膚上的齒狀突起(特化的鱗片,看起來就像小顆的鯊魚牙齒)在身體外圍形成微小的低壓水阱;這些水阱就像高爾夫球表面的凹洞,可降低阻力、增進速度,方便鯊魚在橫亙大陸之間的廣袤海洋中巡弋。牠們黑色扁平的眼睛在撞向獵物時會往後方轉動,向世人宣告牠們專注的致命力。我們被鯊魚驚嚇,也對鯊魚感到刺激,更為鯊魚代表的原始獸性所吸引。人類穿上全副裝備進行深海潛水時,從黑暗的海水中勉強能夠一瞥的鯊魚,代表我們永遠無法完全看清的世界當中最陰暗的部分。然而這種誇大的「鯊魚週」電視節目所傳達的科學,只有極小部分是正確的。史上大多數鯊魚都具有上述基本裝備,像是有力的牙齒及掠食者的食物類型,但其可怕程度卻是相當低的,牠們通常是在垃圾堆中找尋小型的獵物。

鯊魚是在四億一千八百萬年前突然在演化的場景中出現,並具備一項全新的特徵,那就是上下顎;這也是牠們與原始的硬骨魚共同擁有的特徵。鯊魚的骨骼由軟骨構成,與硬骨相比重量更輕,也更有彈性。鯊魚的頭部有個名叫勞倫氏壺腹(ampullae of Lorenzini)的特化器官,能用一組特殊的纖毛細胞偵測微弱的電場。 在實驗室的測試中,鯊魚可以只根據獵物發出的電性訊號就找到隱藏的獵物;如果利用電極模擬獵物的電訊,也會引起鯊魚相同的行為。

上述所有特徵都有助於界定鯊魚,但其中最重要的一項是牠們的牙齒:這是完全適合咬食的鋸齒狀工具;當時各種動物所擁有的最鋒利咬食工具,是頭足類的喙。當鯊魚在四億一千八百萬年前左右演化出現時,地球生物的裝備只有喙、爪、長嘴與銼刀,還沒有動物有牙齒。鯊魚的牙齒是神奇的創造物,提供了鯊魚至關重要的優勢。

如何長出鋒利的牙齒

鋒利並且可以再生的牙齒,讓鯊魚在市場上占有一席之地,讓牠們在新生海洋中演化出的一批掠食者中打響名號。不論是佩吉(Larry Page)與布林(Sergey Brin)發明的頁面排行(PageRank)新方法,替Google搜尋引擎的網頁排列順序 ,還是在愈來愈多帶有保護盔甲的生物世界中演化出牙齒,創新都是新種成功的關鍵。在過了四億一千八百萬年以後,鯊魚牙齒的創新仍然給牠們帶來回報。

鯊魚可以持續長出新牙,每隔七到十天就能長出新的一組,並把舊牙像用舊了的刀片一樣拋棄。 鯊魚的牙齒極為鋒利,其尖端只有萬分之四公分寬,是世界上最鋒利的天然構造之一。 如果不小心的話,就連鯊魚化石的牙齒都能讓人受傷。鯊魚可怕的牙齒為牠們刻劃出了長遠且血腥的傳統。

問題是:這麼鋒利的牙齒是怎麼長出來的?人類要製造鋒利的物件,是先打造薄片,然後敲擊或磨礪邊緣,使邊緣變得更薄。生物構造沒辦法使用敲打或磨礪的方法,必須一長出來就是鋒利的。細胞與組織的生長,較容易長出軟組織,至於堅硬鋒利的構造則是四億一千八百萬年前才出現的新東西。鯊魚得出這樣的設計,可說是細胞工程學的一樁小奇蹟。

鯊魚牙齒源自口腔深處:從接近喉部軟組織的低矮硬脊開始,一排接著一排依次生長,像滾向岸邊的潮水般朝上方的口腔移動。 鯊魚的每顆牙齒一開始是沒有形狀的一團組織,然後沿著脊頂的一排細胞逐漸增高,發出一排狹窄扇形的纖維;這排薄纖維決定了牙齒銳利的邊緣。這些纖維保持在一條緊密的細線上,而不是形成一團,造就了真正尖銳的牙齒而非平鈍的牙齒。一旦這些牙齒以準確的團隊形式長出,纖維四周的微小空隙就會由骨質的材料緩慢附著填充,由此形成自然界最精細的刀刃。

最後,還有一層更堅硬的「琺琅質」填充物會添加在刀面上,以增加強度。細長的構造通常脆弱,因此形成窄脊的纖維呈波浪狀排列,造成鋸齒形,如此可在不增加厚度的情況下強化齒脊。到了這個階段,這排牙齒也已上升進入口腔,排在目前正使用的一批牙齒後頭;一旦前方的牙齒因為咬到骨頭、石頭或鋼鐵而折斷,就能隨時遞補上去。

四億一千八百萬年前的鯊魚牙齒非常銳利,但只有三公釐長。 生出這種牙齒的鯊魚很難在化石紀錄中發現,我們最早看到的化石鯊魚身體,來自四億九百萬年前的一個二十三公分長的鯊魚標本。 鯊魚身體化石的寶庫來自三億七千萬年前,幾乎完整保存(包括胃含物)稱為裂口鯊(Cladoselache)的原始鯊魚,這種鯊魚使用適合抓扯的圓形牙齒來攫獲原始的魚類。 裂口鯊擁有鯊魚身體的基本結構,但尚未精煉,就像一隻即將進入青春期的書呆子鯊魚,結合了細瘦的身體與過大的魚鰭,只是一種早期的鯊魚款式。

時至今日,還有少數鯊魚保留這樣的外型:棲息在深海的劍吻鯊(goblin shark),在滿口鋸齒狀牙齒的嘴巴上方,有一個向前延伸的巨大「鼻子」。牠們帶有冰鑽般牙齒的下顎以類似橡皮筋的彈性韌帶懸吊著。當嘴巴處於收回位置,這條韌帶是拉緊的,直到有獵物靠近才放鬆韌帶,將嘴部向前彈出,抓住底棲的軟體動物,然後以同樣的速度把嘴收回頭部。

由於牠們柔軟彎曲的修長身軀以及古老的下顎構造,這種皺鰓鯊(frilled shark)也曾經被稱做活化石。雖然後續的研究似乎把牠們歸入較為現代的鯊魚族群,但牠們顯示了較為古老的鯊魚是如何生活的:這種擁有近兩公尺長、類似鰻魚的身軀以及細針般牙齒的鯊魚,可迅速攻擊並抓住快速移動的小型獵物。

鯊魚是活化石嗎?

生活在現代海洋當中的鯊魚,與最早在四億年前出現的祖先,長相大不相同。鯊魚與前述的鱟不同,其基本身體結構在演化過程中並沒有那麼穩定。反之,鯊魚從底棲無脊椎動物的掠食者前進到現代海洋的殺戮機器這頁演化史,是一段滅絕與精煉的故事。

兩億五千萬年前,地球經歷了有紀錄以來最嚴重的一次生物大滅絕事件。這個事件稱作二疊紀-三疊紀大滅絕(Permian-Triassic Extinction) ,將高達九六%的海洋生物都消滅了。 罪魁禍首可能是快速變動的生態與氣候,科學家提出的理論從行星撞地球到火山大爆發不等。 早期的鯊魚也在此事件中滅絕,但從牠們生出的一個小分支:新鮫類(Neoselachii),成了現代鯊魚的祖先。牠們在大滅絕後黑暗空蕩的海洋中為時五百萬到一千萬年的恢復期間成長 ;當時的環境險峻,獵物稀少,但新鮫類運用更有力的身軀以及不斷改進的牙齒而存活下來。牠們的種類增多,體型變大,最終演化出讓人生畏的現代鯊魚。

相關書摘 ►真實世界的《海底奇兵》:小丑魚Mo仔變父親,父親馬林變母親,亂倫生一堆小Mo仔

書籍介紹

本文摘錄自《海洋的極端生物》,衛城出版

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作者:史蒂芬.帕隆比(Stephen R. Palumbi)、安東尼.帕隆比(Anthony R. Palumbi)
譯者:潘震澤

本書由海洋生物學家及小說家父子檔聯手,結合廣泛翔實的科學知識和生動的說故事技巧,把最具極限特徵的海洋生物帶到讀者眼前。從最古老的到最長壽的,最寒冷的到最酷熱的,最快的、最小的、最深的、最淺的、性別表徵最奇特的等等;而在各式各樣的棲地環境中,這些物種使用了哪些讓人匪夷所思的生存策略。除此之外,作者還以簡短的篇幅和清楚的文字,講解了生命的起源、演化的基本原理,以及生態系統的形成與演變。

書中還有不少例子挑戰我們對「自然法則」太過一廂情願的想像,例如:小丑魚出生的時候全部都是雄性,群體中最大最壯的那隻才會變成雌性,跟體型第二大的雄性小丑魚配對繁殖,兩者若有一隻死亡,其他小丑魚會依序遞補。以動畫電影《海底總動員》來說,尼莫的母親死後,由於牠們生活的海葵只有尼莫與爸爸兩隻小丑魚,所以實際的狀況會是:尼莫的爸爸變性成為媽媽,尼莫自己則變成爸爸,與原本的尼莫爸配對繁殖。

儘管廣大深邃的海洋充滿奧祕,而目前我們的所知仍然有限,但是許多已有初步瞭解的生命形態便足以讓人感到無比驚奇。

海洋的極端生物正封面300dpi
Photo Credit: 衛城出版

責任編輯:翁世航
核稿編輯:潘柏翰