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        鳥類骨骼愈合演化可能反映了發(fā)育可塑性

        2017-12-14 06:56:12王敏
        化石 2017年4期
        關(guān)鍵詞:龍類王敏掌骨

        鳥類骨骼愈合演化可能反映了發(fā)育可塑性

        《美國科學(xué)院院刊》2017年10月9日發(fā)表了中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所王敏、李志恒與周忠和完成的關(guān)于早期鳥類腕掌骨和腰帶骨骼愈合的研究,提出作用于這些骨骼愈合的發(fā)育過程在鳥類演化早期是多效性的,在鳥類演化后期,這些發(fā)育過程可能受到飛行的選擇限制而失去了多效性,可能反映了發(fā)育可塑性。

        相比于其它脊椎動(dòng)物,鳥類骨骼系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是骨骼愈合程度高,以適應(yīng)飛行的需要。其中最為明顯的是手部的遠(yuǎn)端腕骨和三個(gè)掌骨愈合而成腕掌骨,腰帶的髂骨、恥骨和坐骨圍繞著髖臼愈合在一起。上述這些骨骼在多數(shù)爬行類,特別是鳥類的恐龍近親中很少發(fā)生愈合,但亦有例外,如阿瓦拉慈龍類的Mononykus具有愈合的腕掌骨,而馳龍類的Balaur同時(shí)具有愈合的腕掌骨和腰帶。長期以來由于缺少過渡環(huán)節(jié)的化石,以及對(duì)現(xiàn)生鳥類骨骼愈合過程研究的不夠,這些骨骼的愈合在鳥類演化歷史中是如何發(fā)生的尚不清楚。

        近期,王敏、李志恒與周忠和發(fā)現(xiàn)了一件距今約1.2億年的早白堊世反鳥類化石,保存了完全愈合的腕掌骨和腰帶,這也是目前已知最早的同時(shí)具有愈合的腕掌骨和腰帶的鳥類。研究人員以此為契機(jī)討論了上述骨骼在副鳥類中的愈合程度,以及主要的轉(zhuǎn)變階段(副鳥類Paraves,是指包括所有鳥類,但并不包括竊蛋龍類的最廣義類群,其中包括鳥類、擅攀鳥龍類、傷齒龍類和馳龍類)。通過對(duì)祖先節(jié)點(diǎn)特征的恢復(fù),研究人員認(rèn)為腕掌骨和腰帶的愈合是在少數(shù)非鳥類獸腳類恐龍、反鳥類和今鳥型類中獨(dú)立發(fā)生的。在早白堊世鳥類中,小翼掌骨和大掌骨很少發(fā)生愈合,所以嚴(yán)格意義上的腕掌骨并不發(fā)育。而腰帶的三塊骨骼愈合也很少在這一時(shí)期的鳥類出現(xiàn)。但所有的晚白堊世鳥類都具有完全愈合的腕掌骨和腰帶,顯示了一種特殊的演化過程,但卻未受到關(guān)注。

        具有愈合腕掌骨和腰帶的早白堊世反鳥類化石——大平房翼鳥 (王敏供圖)

        在達(dá)爾文模式演化中,一種表型特征的出現(xiàn)很少是遞進(jìn)式,因?yàn)樽饔糜谠摫硇吞卣鞯陌l(fā)育過程在最初是多效性的,使得該表型特征具有多種狀態(tài)。而腕掌骨和腰帶愈合在副鳥類中的“不穩(wěn)定”出現(xiàn),恰恰說明作用于骨骼愈合的發(fā)育過程在鳥類演化之初是多效性的——愈合、不愈合、不完全愈合在個(gè)別非鳥類獸腳類恐龍和早期鳥類中都有出現(xiàn)。而這些骨骼的愈合在晚白堊世鳥類中毫無例外的出現(xiàn),表明它的發(fā)育過程在鳥類演化后期受到“限制”,失去了多效性,而骨骼愈合就此被“固定”在鳥類演化中。

        到底是什么樣的機(jī)制造成發(fā)育過程多效性的失去,從而有利于腕掌骨和腰帶愈合的出現(xiàn)?研究人員提出兩種可能的解釋。一種是基因或者調(diào)控作用發(fā)生了變異,導(dǎo)致愈合的腕掌骨和腰帶在鳥類演化伊始的出現(xiàn)。另一種則可能與飛行的作用有關(guān)。愈合的腕掌骨能夠?yàn)轱w羽提供穩(wěn)定的附著點(diǎn),而愈合的腰帶能夠更好發(fā)揮承重以及負(fù)擔(dān)后肢肌肉的作用。上述骨骼在少數(shù)早白堊世鳥類的出現(xiàn)是飛行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的體現(xiàn),反映了不同環(huán)境(運(yùn)動(dòng)方式由陸地奔走變成飛行)作用下的發(fā)育可塑性(不愈合變?yōu)橛希I鲜鰞煞N假說還需要發(fā)現(xiàn)更多的化石并結(jié)合發(fā)育生物學(xué)的研究進(jìn)行論證。

        原文作者:王敏

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