中科院專家證明1.2億年前的動物獨立進化出了「掘土穴居」的特徵

為了適應穴居和挖掘,哺乳動物們進行了哪些演化「操作」?來自中國科學院古脊椎動物與古人類研究所等單位的研究人員,報導了1.2億年前的早白堊熱河生物群的兩個哺乳形動物新屬新種,分別是產自九佛堂組的三列齒獸中國掘獸和義縣組的真三尖齒獸陳氏掘齒獸。

中科院專家證明1.2億年前的動物獨立進化出了「掘土穴居」的特徵

為了適應穴居和挖掘需要,這兩個新種屬演化出了相近的挖掘和適應穴居的功能。這是熱河生物群中首次發現前爪挖掘型穴居哺乳動物。相關研究成果4月7日在線發表於《自然》雜誌。

三列齒獸中國掘獸和真三尖齒獸陳氏掘齒獸正型標本的骨架都保存基本完好。其中,中國掘獸的正型標本保存有已報導三列齒獸中最完整的頭後骨骼,也是熱河生物群里首次發現的基幹哺乳形動物化石,代表了非哺乳下孔類迄今為止已知最晚的孑遺物種。

兩種動物都具有明顯的、適應掘土穴居生活的肢骨特化。和地面行走奔跑、樹上攀援、水中游泳的種類相比,其肢骨變得短粗,前肢尤甚,後肢較弱。肱骨強壯,其遠端極寬,達到肱骨長度的60%—70%。強壯的內外髁突為腕部和指屈肌和伸肌的附著點,可以產生強大的內、外的力量,用於挖掘。

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作為挖掘工具,兩種動物的手掌寬闊,爪長而結實,第一指骨明顯長於其它指骨,而其它的指骨和掌骨都變短、變粗。軀干長而靈活,脖子短粗有力,尾巴小減小阻力,這些都是挖掘型穴居動物肢骨常見的適應變化。

「特別的是,在中國掘獸後掌中,第一掌骨和指骨完全退化丟失。陳氏掘齒獸的頭骨也體現了一些相關的適應變化,頭的輪廓呈三角形,吻部尖,鼻骨變厚,眼眶較小,枕部增大用於附著頸、肩部肌肉,以輔助掘地。」中科院古脊椎所副研究員毛方園說。

基於簡約法和似然法,這項研究進行了系統發育分析,從以哺乳型動物為主體,擴大到了哺乳形動物。毛方園表示,從該系統發育關系看,穴居和挖掘適應在不同的哺乳形動物中多次獨立演化。由於適應類似的生態環境,以及有相似的生物力學需要,親緣關系很遠的物種也會趨同演化,形成類似的骨骼表型特徵。但即便均為適應挖掘而演化出的同樣強壯的手掌,也具有一些差異,中國掘獸的手腕部比較長,腕骨關節面不明顯。而掘尖齒獸的腕骨跟現生哺乳動物的類似,緊湊而有明確的關節面。

為了適應穴居和挖掘需要,哺乳形動物的骨骼表現除了肢骨的特化,還伴隨有椎體的形變和量變。根據現生哺乳動物基因調控中軸骨數目和體節分區形態機制,結合化石記錄,研究人員提出哺乳動物化石軀乾的多樣性表型變化范圍和現生哺乳動物的類似,體現了具有一定可塑性的發育機制,這種機制在中生代哺乳形動物中已經形成,並保持到現生種類中。

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研究人員推斷,為適應自然選擇,一個物種產生的生態習性,如運動的快慢、背部穩定性、步態對稱性以及新陳代謝效率等,會影響胚胎發育機制,在不同種類中形成多樣的脊椎數量和形態的變化,從而使其軀干具有多種變化以適應不同環境。在化石和現存的哺乳動物形態中觀察到的多種模式表明,發育和選擇壓力可能對特定物種的作用方式是不同的。但發育機制的可塑性和多樣的選擇壓力,對哺乳形類動物中軸骨形態多樣性演化起了關鍵作用。

來源:cnBeta