古脊椎所重新研究哺乳动物颌关节演化

中新网记者孙自法9月24日发自北京的消息里提到,关于哺乳动物颌关节到底是怎么一步步演化而来的,这次中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(中国科学院古脊椎所)的团队通过对馆藏老标本的重新研究,给学界提供了新的线索。为了揭开这个谜团,毛方园研究员带着她的团队联合多国科研人员,利用高分辨率计算机断层扫描技术,对两件放在库房里多年的标本进行了深入扫描和分析。这两件标本分别来自四川和云南,一件是1984年在自贡发现的中侏罗统川南多齿兽,另一件是同年在禄丰采集的摩根兽类化石。经过三维重建和形态对比后,他们发现川南多齿兽具有独特的齿骨髁-颧骨窝次生颌关节,这在四足动物里还是头一遭见。另一块被忽视了多年的禄丰标本则被确认为新属种禄丰曲髁兽,它的臼齿跟南非巨带齿兽很像,这就给“哺乳动物齿骨髁起源于齿骨外脊后端”这一假说提供了直接证据。通过对这两个标本的研究,他们首次系统梳理出了原始颌关节与次生关节演化的四步阶段。这四个阶段分别是:爬行动物最初的关节骨-方骨关节;进步犬齿兽类以原始关节为主、次生接触为辅;哺乳形动物让次生关节成了主要的受力点;直到哺乳型动物才形成了完全的齿骨-鳞骨关节。 这次研究还把美国科研机构、自贡恐龙博物馆、禄丰自然资源局、楚雄化石研究中心和重庆古生物研究院等多家单位的力量整合到了一起,相关论文已经在国际学术期刊《自然》上线。毛方园在介绍这次研究时特别强调,这次对川南多齿兽与禄丰曲髁兽的重新研究不光是扩展了大家对哺乳动物关键特征演化顺序的认识,还把一个完整的原始与次生颌关节系统演化框架给搭了起来。这一发现凸显了演化驱动力的复杂程度:除了体型变化,咬合生物力学重构、生态行为适应和表型可塑性共同塑造了颌关节的走向。对于为什么会出现这么多不同类型的颌关节起源方式,研究者认为表型可塑性(也就是环境影响发育变异)可能在晚期犬齿兽类次生关节多样化中起了很大作用。虽然这个说法还存在争议,但越来越多的研究正在支持这一观点。 大家都知道,哺乳动物的颌关节其实是它们区别于其他脊椎动物的重要特征之一。在这个过程中,关节是如何从爬行动物一步步变过来的问题一直让科学家们非常好奇。来自中国科学院古脊椎所的消息指出,毛方园团队这次利用现代技术重新扫描了这两件老标本后发现了很多新东西。第一件标本是1984年四川自贡中侏罗统发现的三列齿兽类川南多齿兽,当年研究者就注意到它有“关节突”但没太在意。这次三维重建后揭示出它具有形态特异的齿骨髁-颧骨窝次生颌关节,这可是四足动物里首次发现的案例,打破了以前对这种结构的认识。第二件是1984年云南禄丰下侏罗统出土的摩根兽类化石,一直没怎么被关注过。现在它被命名为禄丰曲髁兽,臼齿跟南非巨带齿兽很像,还填补了从早期真犬齿兽类到早期哺乳型类之间缺失的环节。 毛方园研究员说这次成果把原始颌关节与次生关节演化的四步走过程给列了出来:第一步是爬行动物原本的关节骨-方骨关节;第二步是进步犬齿兽类主要用原始关节、辅助用次生接触点;第三步是哺乳形动物让次生关节成为主要受力部位;第四步就是完全变成了哺乳型动物特有的齿骨-鳞骨关节。研究者通过观察禄丰哺乳型动物颌关节的多样性和自贡多齿兽的独特性,进一步探讨了多元演化驱动机制可能存在的原因。 孙自法发回的这篇报道还提到了相关论文的发布情况。北京时间9月24日夜里,这项研究的论文就在《自然》杂志上发表了出来。这项由中国科学院古脊椎所牵头、联合自贡恐龙博物馆、禄丰自然资源局、楚雄化石研究中心、重庆古生物研究院以及美国相关机构完成的研究工作显示:哺乳动物颌关节的演化其实是有多次独立起源的情况发生的。针对为什么会有这么多不同的形态出现这个问题,研究者认为可能是表型可塑性(即环境因素导致的发育变异)在晚期犬齿兽类次生关节多样化中发挥了重要作用。 这两个标本分别来自不同的年代和地点:一个是1984年在四川自贡发现的川南多齿兽,属于中侏罗统;另一个是同年在云南禄丰采自下侏罗统的摩根兽类化石。虽然相隔了40多年都没被深入研究过,但这次通过高分辨率计算机断层扫描技术的全面扫描和深入分析后,它们的科学价值得到了重新评估。 对于为什么会有这么复杂的演化过程,毛方园指出这凸显了表型可塑性可能在其中起到的作用:环境变化诱导的发育变异可能让这些动物产生了不同的形态适应方式。虽然这一学说还存在争议(即关于适应性变化的主要驱动力是什么),但正在获得越来越多研究的支持。 除了揭示这一过程的具体步骤外(从最初的爬行动物关节到最终的哺乳型关节),这项研究还帮助构建了首个原始与次生颌关节系统演化的框架图。这些发现不仅扩展了我们对哺乳动物关键特征演化序列的认识(比如从关节骨-方骨到齿骨-鳞骨的变化),还为理解脊椎动物形态与功能之间的关系提供了宝贵的案例。 总之(这次川南多齿兽与禄丰曲髁兽化石重新研究)的重要成果不仅扩展了对哺乳动物关键特征演化序列的认识(从原来的不清楚到现在的清楚),更帮助构建了首个原始与次生颌关节系统演化框架(从爬行动物到哺乳型动物的完整链条)。这些发现凸显出演化驱动机制的复杂性:除了体型变化之外(还有很多其他因素),咬合生物力学重构、生态行为适应与表型可塑性共同塑造了颌关节的演化路径(形成了多样化的结构)。