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化石標本揭示鳥類生長模式改變
文章來源:http://www.maabkw.live/ 仁和智華地質標本
在生物界漫長的優勝劣汰進化進程中,個體發育模式對于生物的適應能力影響至關重要。
近日,英國《系統古生物學》發表了周忠和課題組有關原始鳥類個體發育的新成果。
研究者通過對一件新發現的古喙鳥化石標本進行骨組織學和形態學研究,發現在數千萬年的進化過程中,今鳥型類由緩慢且多次間斷的生長模式演化出快速而連續的模式,而發育模式的改變也是其能夠在白堊紀生物大滅絕中幸存下來的關鍵因素之一。
幸免于難源于發育模式改變
該課題組副研究員王敏告訴《中國科學報》記者,古喙鳥是目前已知最原始的今鳥型類,而所有的現生鳥類都屬于今鳥型類。此次成年古喙鳥個體新標本的發現,表明了原始的今鳥型類具有緩慢且發生多次停滯的生長模式,而快速且連續的生長模式是在今鳥型類后期的演化歷史中出現的。
此次周忠和課題組的研究,發現了作為最原始的今鳥型類,古喙鳥的長骨骨璧主要由平行纖維骨構成,發育了內環和外環骨板,并且具有三條生長停滯線。這樣的骨組織結構,表明了一種慢速并發生多次生長停滯的個體生長模式,說明古喙鳥至少需要三年的時間才能達到成年,與反鳥類、始祖鳥和熱河鳥完全相同。而在晚白堊世,科學家們已經確認,一些更為進步的今鳥類型已經能夠像現生鳥類那樣,快速而連續地生長,在不到一年的時間就達到成年。
通過對古喙鳥成年新標本的研究,科研人員得出結論,在今鳥型類和作為繁盛于中生代的反鳥類共同演化的6500萬年歷史長河中,相較于今鳥型類的發育模式改變,反鳥類始終保持著原始、緩慢且多次間斷的個體生長模式。因此,他們認為,今鳥型類和反鳥類的個體發育模式演化分異,有可能是兩個類群在白堊紀生物大滅絕中發生不同響應的眾多因素之一。
判斷古喙鳥成年個體的依據
只有判斷出此次新發現的古喙鳥標本來自于成年古喙鳥,周忠和研究組才能判斷出相較于后期的現生鳥類,古老的今鳥型類的生長速度是較為緩慢的。
“對新發現的成年古喙鳥標本,我們判斷其為成年個體的依據是:主要的復合骨已經愈合,如腕掌骨、脛跗骨、跗蹠骨和尾綜骨;此外,骨骼的骨化程度是否高也是判斷依據之一,新標本具體表現為骨壁較為光滑、長骨兩端的關節面骨化完全,說明骨化程度較高;骨組織結構也確認了其為成年個體,例如發育內環骨板和外環骨板,這是從骨組織學角度判斷成年個體最為廣泛接受的特征。”王敏介紹,不僅如此,對成年個體古喙鳥的研究中,他們還使用了包括形態對比,如與幼年、亞成年個體的比較以及形態特征受個體發育的影響大小等方法。
“骨組織學研究總的來說就是通過骨骼的顯微結構,獲得有關生物生長方面的信息。已經絕滅的史前生物,特別是脊椎動物,通常情況下,只有骨骼得以保存,因此有關其個體發育方面的信息更多的是依賴于骨骼,骨組織學近年來在古生物學中得到了廣泛的應用。”周忠和研究員告訴記者,通過骨組織學的研究,可以幫助科研人員回答很多問題,如個體在死亡時處于什么生長階段,是幼年,還是亞成年或是成年?因為在不同的個體發育階段,骨骼的顯微結構是有區別的。
骨組織學的研究還能提供有關生物生長過程的信息。比如多數的爬行動物,如魚、兩棲類、蜥蜴等。在其骨骼的橫切面上具有多條同心圓狀的“生長停滯線”,反映了其在生長過程中,會周期性地發生生長停滯,這些生長停滯線的數目還能反映古生物的年齡。
此外,王敏還介紹,對個體發育階段的判斷對古生物的研究是很有必要的,因為古生物研究的一個重要部分就是分類,而分類的依據是生物的形態特征。在個體發育的過程中,形態特征會受到個體發育的直接影響。
對認識鳥類演化有突出意義
現生鳥類中,除了個別屬種外,都是能夠快速而連續的生長,在不到一年的時間里便達到成年階段,這樣迅速的生長方式在脊椎動物里是非常特別的。
然而對于距今1.5億年前至1.2億年前的原始鳥類的研究,如始祖鳥、熱河鳥、會鳥和古喙鳥等,王敏等人發現這些原始鳥類生長是極其緩慢的,而其在生長過程中會發生多次的生長停滯,需要若干年才能達到成年階段。
“這樣的生長方式更接近于爬行類特別是恐龍,說明鳥類在漫長的演化中,其生長速率有加快的趨勢。但究竟這一演化過程是如何發生的,或者在哪些原始鳥類類群中最先出現,科學界還不是很清楚。此次對成年古喙鳥的研究恰恰增進了人們在這方面的認識。”周忠和還告訴記者,由于骨組織學的研究對化石標本有一定程度的破壞,因此目前僅有少數的原始鳥類進行了骨組織學的研究,所以此次對成年古喙鳥的研究是非常有意義的。
由于不同個體或者同一個體的不同骨骼,骨組織結構都有差異,這就要求科研人員未來需要對大量標本進行骨組織取樣研究,從而積累信息。此次研究組對原始鳥類個體發育過程的研究還處于初步階段,還有很多問題尚待解決。
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