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热河生物群首次发现 前爪挖掘型穴居哺乳动物

2021-04-08 11:03:19来源:科技日报

热河生物群首次发现 前爪挖掘型穴居哺乳动物

◎本报记者 陆成宽

为了适应穴居和挖掘,哺乳动物们进行了哪些演化“操作”?

来自中国科学院古脊椎动物与古人类研究所等单位的研究人员,报道了1.2亿年前的早白垩热河生物群的两个哺乳形动物新属新种,分别是产自九佛堂组的三列齿兽中国掘兽和义县组的真三尖齿兽陈氏掘齿兽。为了适应穴居和挖掘需要,这两个新种属演化出了相近的挖掘和适应穴居的功能。这是热河生物群中首次发现前爪挖掘型穴居哺乳动物。相关研究成果4月7日在线发表于《自然》杂志。

三列齿兽中国掘兽和真三尖齿兽陈氏掘齿兽正型标本的骨架都保存基本完好。其中,中国掘兽的正型标本保存有已报道三列齿兽中最完整的头后骨骼,也是热河生物群里首次发现的基干哺乳形动物化石,代表了非哺乳下孔类迄今为止已知最晚的孑遗物种。

两种动物都具有明显的、适应掘土穴居生活的肢骨特化。和地面行走奔跑、树上攀援、水中游泳的种类相比,其肢骨变得短粗,前肢尤甚,后肢较弱。肱骨强壮,其远端极宽,达到肱骨长度的60%—70%。强壮的内外髁突为腕部和指屈肌和伸肌的附着点,可以产生强大的内、外的力量,用于挖掘。

作为挖掘工具,两种动物的手掌宽阔,爪长而结实,第一指骨明显长于其它指骨,而其它的指骨和掌骨都变短、变粗。躯干长而灵活,脖子短粗有力,尾巴小减小阻力,这些都是挖掘型穴居动物肢骨常见的适应变化。

“特别的是,在中国掘兽后掌中,第一掌骨和指骨完全退化丢失。陈氏掘齿兽的头骨也体现了一些相关的适应变化,头的轮廓呈三角形,吻部尖,鼻骨变厚,眼眶较小,枕部增大用于附着颈、肩部肌肉,以辅助掘地。”中科院古脊椎所副研究员毛方园说。

基于简约法和似然法,这项研究进行了系统发育分析,从以哺乳型动物为主体,扩大到了哺乳形动物。毛方园表示,从该系统发育关系看,穴居和挖掘适应在不同的哺乳形动物中多次独立演化。由于适应类似的生态环境,以及有相似的生物力学需要,亲缘关系很远的物种也会趋同演化,形成类似的骨骼表型特征。但即便均为适应挖掘而演化出的同样强壮的手掌,也具有一些差异,中国掘兽的手腕部比较长,腕骨关节面不明显。而掘尖齿兽的腕骨跟现生哺乳动物的类似,紧凑而有明确的关节面。

为了适应穴居和挖掘需要,哺乳形动物的骨骼表现除了肢骨的特化,还伴随有椎体的形变和量变。根据现生哺乳动物基因调控中轴骨数目和体节分区形态机制,结合化石记录,研究人员提出哺乳动物化石躯干的多样性表型变化范围和现生哺乳动物的类似,体现了具有一定可塑性的发育机制,这种机制在中生代哺乳形动物中已经形成,并保持到现生种类中。

研究人员推断,为适应自然选择,一个物种产生的生态习性,如运动的快慢、背部稳定性、步态对称性以及新陈代谢效率等,会影响胚胎发育机制,在不同种类中形成多样的脊椎数量和形态的变化,从而使其躯干具有多种变化以适应不同环境。在化石和现存的哺乳动物形态中观察到的多种模式表明,发育和选择压力可能对特定物种的作用方式是不同的。但发育机制的可塑性和多样的选择压力,对哺乳形类动物中轴骨形态多样性演化起了关键作用。