蜜蜂“上崗”也要“培訓(xùn)”

長期以來，科學(xué)家一直想知道，動物是否像人類一樣具有言傳身教的能力。研究發(fā)現(xiàn)很多脊椎動物能通過社會學(xué)習(xí)來提升環(huán)境適應(yīng)能力，如：年輕的裸鼴鼠可以通過長期的社會互動向年長的個體學(xué)習(xí)獨特的群體方言。雖然無脊椎動物的社會學(xué)習(xí)受到的關(guān)注較少，但近年來科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，昆蟲的小腦袋并不限制它們擁有復(fù)雜的學(xué)習(xí)能力。蜜蜂是典型的社會性昆蟲，為了實現(xiàn)最佳的任務(wù)分配，蜂群內(nèi)蜜蜂個體間需要準(zhǔn)確的信息交流。蜜蜂的“舞蹈語言”是實現(xiàn)蜂群內(nèi)蜜蜂個體間準(zhǔn)確的信息交流，從而達(dá)成最佳任務(wù)分配方式的有利工具。蜜蜂搖擺舞的持續(xù)時間、角度、搖擺次數(shù)分別編碼食物的距離、方向和質(zhì)量等信息，巢內(nèi)蜜蜂通過接收搖擺舞編碼的信息并最終找到的食物位置。有趣的是，有時執(zhí)行覓食任務(wù)的蜜蜂個體甚至從未離開過巢穴，但它們能夠通過解讀搖擺舞的信息找到食物，采集成功后又繼續(xù)通過表演舞蹈向其它蜜蜂傳遞信息。那么，蜜蜂的舞蹈是否存在“言傳身教”？中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園的研究團(tuán)隊最近發(fā)現(xiàn)，幼蜂和成蜂的互動能提高幼蜂的舞蹈技能，社會學(xué)習(xí)改善了蜜蜂的“舞蹈語言”表達(dá)能力，幼教缺失會大大影響蜜蜂舞蹈信息的準(zhǔn)確性。研究人員在實驗中創(chuàng)建了一種全部由剛出房的幼蜂組成的人工蜂群。與在自然蜂群里成長的蜜蜂相比，幼蜂群中的蜜蜂在成長過程中缺失了向有經(jīng)驗的采集蜂學(xué)習(xí)表演舞蹈的機會，就像嬰幼兒在成長初期喪失了跟成人學(xué)習(xí)和互動的機會。實驗時，研究人員首先訓(xùn)練幼蜂群和自然蜂群準(zhǔn)備出巢的采集蜂，在其訪問距蜂巢150米遠(yuǎn)的飼喂器時，對它們逐一標(biāo)記。當(dāng)這些被標(biāo)記的采集蜂回巢開始跳舞時，用攝像機記錄它們的舞蹈，對舞蹈的持續(xù)時間、角度、搖擺次數(shù)等多個指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析。比較幼蜂群和自然蜂群的同日齡蜜蜂的各項舞蹈指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)，人工幼蜂群表演的舞蹈存在明顯的缺陷和誤差。雖然蜜蜂舞蹈是一種與生俱來的行為，其舞蹈擺動角度（指示方向）的誤差會隨著采集經(jīng)驗的積累有所減少，但擺動時間（指示距離）的誤差卻始終不會改善。也就是說，社會學(xué)習(xí)對蜜蜂“舞蹈語言”的傳承有重要作用，幼教缺失導(dǎo)致蜜蜂舞蹈發(fā)展出新的“方言”，并將終身保持。這項研究讓人們第一次知道，成蜂的舞蹈具有教學(xué)作用，腦容量很小的無脊椎動物也具備“言傳身教”的能力。蜜蜂舞蹈就像人類、鳥類等脊椎動物的語言交流，新手向有經(jīng)驗的個體學(xué)習(xí)比它們獨自摸索能更好地獲得技能。（Science, 2023, 379: 1015-1018, DOI: 10.1126/science.ade1702）

群居動物更長壽

哺乳動物，也稱獸類，擁有多種社會組織，如獨居、配對和群居等。群居形式多樣，包含以裸鼴鼠為代表的真社會和以金絲猴為代表的重層社會。群居還可以根據(jù)成年雌性和成年雄性獨居或與多個異性共居的情況，劃分為一雄多雌、一雌多雄和多雄多雌。同時，不同哺乳物種的最大壽命也呈現(xiàn)較高多樣性，比如一些鼩鼱類最長只能活2年，而弓頭鯨壽命可長達(dá)200多歲。目前，關(guān)于哺乳動物的社會組織和最大壽命之間是否存在協(xié)同演化尚沒有明確答案。中國科學(xué)院動物研究所整合系統(tǒng)發(fā)育比較方法和組學(xué)方法開展了社會性組織和壽命的跨物種比較研究，利用系統(tǒng)發(fā)育比較分析方法對約1000種哺乳動物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)群居物種比獨居物種更長壽。通過對社會組織與壽命的獨立模型和關(guān)聯(lián)模型的比較分析，發(fā)現(xiàn)在群居物種中，短壽向長壽的轉(zhuǎn)化率更高。上述結(jié)果表明壽命的演化依賴于社會組織的演化，即在哺乳動物中，社會組織與壽命之間存在關(guān)聯(lián)演化。該研究還通過對94種哺乳動物的腦轉(zhuǎn)錄組的比較分析，鑒定出有31個在表達(dá)水平上共享的基因以及激素和免疫相關(guān)的通路都參與了社會組織與壽命的關(guān)聯(lián)過程。選擇壓力分析進(jìn)一步識別出8個在社會組織和壽命中共享的基因，其表達(dá)水平顯著變化同時受到自然選擇作用，這些共享的基因和通路可能在壽命和社會性的協(xié)同演化中發(fā)揮著重要作用。（Nature Communications, 2023, 14: 372.DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-35869-7）

朱氏克拉通鷙：鳥身恐龍頭

中生代記錄了鳥類如何從恐龍演化出來，并演化出獨有的體型特征的過程。這一演化階段鳥類譜系的多樣性主要以反鳥類和今鳥型類構(gòu)成的鳥胸類為主，而鳥胸類已經(jīng)演化出大量與現(xiàn)生鳥類相似的形態(tài)特征，與最原始的鳥類（始祖鳥）在形態(tài)上差異巨大。演化位置介于二者之間的非鳥胸類鳥類（以下簡稱基干鳥類）則為填補這一鴻溝提供了重要信息。但是長期以來受限于化石發(fā)現(xiàn)，對基干鳥類早期分異的研究并不充分。此次發(fā)現(xiàn)的鳥類恰好屬于熱河生物群（距今1.35—1.2億年）基干鳥類巾幗鳥科（Jinguofortisidae）的新屬種，研究人員將其命名為朱氏克拉通鷙（Cratonavis zhui）?？死v與獸腳類恐龍在頭骨形態(tài)上相差無幾，特別是保留了原始主龍類雙顳孔的結(jié)構(gòu)——上、下顳孔獨立于眼眶且相互分離，翼骨具有膨大的方骨支，犁骨粗大。這些原始的特征都說明克拉通鷙并未演化出現(xiàn)生多數(shù)鳥類具有的頭骨可動性，即上頜獨立于腦顱和下頜發(fā)生運動。與之相對，克拉通鷙的頭后骨骼卻已經(jīng)具有大量鳥類的進(jìn)步特征，例如骨化的胸骨、加長的前肢、縮短的尾骨、對握的腳爪等，說明了頭骨和身體的模塊化演化，頭骨特別是顳區(qū)和腭區(qū)在演化上比較保守。克拉通鷙最為特殊的是具有異常長的肩胛骨和第一蹠骨（相當(dāng)于腳掌最內(nèi)側(cè)的骨骼）。研究人員通過比較分支系統(tǒng)學(xué)的方法，追溯了上述兩塊骨骼在恐龍-鳥類演化過程中的動態(tài)軌跡。肩胛骨是鳥類飛行結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其形態(tài)在不同飛行方式的鳥類中變化顯著。研究人員發(fā)現(xiàn)肩胛骨在獸腳類恐龍中比在鳥類中更易發(fā)生長度的改變，其在克拉通鷙中的獨立加長有可能是適應(yīng)飛行的一種嘗試，因為加長的肩胛骨能夠擴大控制向下扇動翅膀的肌肉的附著面積?？死v的第一蹠骨的相對長度遠(yuǎn)超過其他鳥類和多數(shù)恐龍。在恐龍-鳥類演化中，第一蹠骨顯示出縮短的趨勢，例如第一蹠骨在鳥類中的相對長度比例是遠(yuǎn)小于原始的獸腳類恐龍的，而鳥類第一蹠骨的比例在其分異伊始就已經(jīng)確立。第一蹠骨在克拉通鷙中的加長是獨立演化的結(jié)果。利用生態(tài)主軸分析，結(jié)合巨大的第一腳趾和彎曲的腳爪，研究人員提出第一蹠骨的異常增長有可能與克拉通鷙類似猛禽的生態(tài)習(xí)性有關(guān)?？死v獨特的肩胛骨和蹠骨顯示了在個體發(fā)育、自然選擇和生態(tài)功能機會的動態(tài)作用下，一些看似演化相對保守的骨骼“擺脫了限制”而發(fā)生演化變化的現(xiàn)象。（Nature Ecology &Evolution, 2023, 7: 20-31.DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-022-01921-w）

鰭龍之祖“漢江怪物”

鰭龍類（Sauropterygia）意為“具有鰭狀肢的爬行動物”，是海生爬行動物中物種數(shù)量眾多、形態(tài)差別最顯著的一個類群，包含楯齒龍類、腫肋龍類、幻龍類、蛇頸龍類等多個子類群，從三疊紀(jì)初期到白堊紀(jì)末期，在海洋中繁衍了1.8億年之久。20世紀(jì)70年代初，楊鐘健將產(chǎn)自湖北省南漳縣漢江附近的一件海生爬行動化石物命名為“湖北漢江蜥”（Hanosaurus hupehensis），判定它屬于海龍類（Thalattosauria，當(dāng)時翻譯為“海蜥類”）；90年代末，這種動物被修訂為鰭龍類中的腫肋龍類。作為鰭龍類起源關(guān)鍵時期早三疊世的物種，漢江蜥非常重要。新標(biāo)本的出現(xiàn)和研究，為鰭龍類的演化認(rèn)識注入了新的信息。新研究涉及的新標(biāo)本是迄今為止首件完整的漢江蜥化石，也是世界上已知最早、最完整的鰭龍類相關(guān)材料。新標(biāo)本展現(xiàn)出前所未知的嵌合特征：它的大小與腫肋龍相當(dāng)，肢骨似幻龍；肩部和腰部骨骼渾圓，與楯齒龍相同；齒冠內(nèi)凹，顱頂?shù)筕形，這些特征又像赑屃龍。同時它還有很多原始特征，如頸部較短、骨板缺失、顳孔較小等。這只早三疊世的“漢江怪物”不僅保留著原始的與嵌合的特征，還展現(xiàn)出“曼妙”的身形——顯著加長的軀干，搭配短小的四肢。這與赑屃龍和楯齒龍的圓胖身材格格不入，與貴州龍和腫肋龍的蜥蜴模樣也不盡相同，與幻龍和蛇頸龍的“長頸短身”更是大相徑庭。大量研究表明，蛇頸龍采用巨大的鰭狀肢在水下“飛行”，幻龍也依靠有力的四肢推進(jìn)，而它們的軀干短且僵硬，可見這些后期的鰭龍類是典型的“四肢驅(qū)動型”游泳動物。然而，漢江蜥作為鰭龍形類的原始成員，不但沒有鰭狀肢，而且四肢短小，軀干窄長，更可能如鰻魚一般，身體側(cè)向擺動游泳，屬于“體軸驅(qū)動型”，這與它的后代截然相反！有趣的是，漢江蜥這樣“長身短肢”的身體構(gòu)型，倒是與早期魚龍類、湖北鱷類、滄龍類、水生喙頭蜥類，甚至原始鯨豚類、水獺相似。研究人員通過對四肢和軀干尺寸的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，很多海生爬行動物類群在水生適應(yīng)的初期，都發(fā)展出了“長身短肢”的趨同體型。原始的爬行動物正是憑借體軸側(cè)向扭動，帶動四肢前進(jìn)，可見在海生爬行動物中，體軸驅(qū)動比四肢驅(qū)動更容易從它們的陸生祖先那里繼承。（iScience, 2022, 25, 105635.DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105635）