世界熱點(diǎn)評(píng)！鳥類頭骨如何演化出可動(dòng)性功能？中國(guó)科學(xué)家最新研究揭秘
在現(xiàn)生脊椎動(dòng)物中，鳥類和部分有鱗類的頭骨演化出特有的可動(dòng)性功能，這是鳥類演化成為多樣性最豐富的陸生脊椎動(dòng)物的關(guān)鍵因素之一。那么，鳥類頭骨是如何演化出可動(dòng)性功能的呢？
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中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所(中科院古脊椎所)王敏、托馬斯、周忠和及合作者，最新通過對(duì)距今1.2億年的中生代反鳥類雅尾鹓鶵頭骨化石進(jìn)行高精度三維掃描和復(fù)原，研究揭示出中生代鳥類頭骨保留了大量主龍類的原始特征，呈現(xiàn)出模塊化的演化。
這項(xiàng)早期鳥類頭骨演化研究的重要成果論文，近日在自然指數(shù)期刊《電子期刊-生命科學(xué)》(eLife)發(fā)表。
論文第一作者和通訊作者王敏研究員科普指出，頭骨的部分骨骼能夠發(fā)生相互獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)，稱之為頭骨的可動(dòng)性，其使得鳥嘴能夠取代“手”完成大量精細(xì)的動(dòng)作。這一重要功能學(xué)特征主要依賴分布于吻部的屈撓帶和兩個(gè)骨骼通道得以實(shí)現(xiàn)：由方骨—方顴骨—顴骨—上頜形成的“側(cè)面通道”，和由方骨—翼骨—腭骨—犁骨在腭面構(gòu)成的“腭面通道”。
簡(jiǎn)單說來，隨著方骨的前、后轉(zhuǎn)動(dòng)，這兩個(gè)通道上的骨骼通過可動(dòng)關(guān)節(jié)發(fā)生位移，就像傳送帶一樣完成嘴巴的張開和閉合。而在鳥類的祖先——非鳥類恐龍中，粗壯的頭骨因?yàn)槿笔鲜鰞蓚€(gè)通道的活動(dòng)性，不具有可動(dòng)性而顯得笨拙。不過，長(zhǎng)期以來受化石保存和研究手段的限制，頭骨主要區(qū)域的形態(tài)功能，特別是上述通路在鳥類演化歷史中是如何變化的并不清楚。
王敏介紹說，中科院古脊椎所研究團(tuán)隊(duì)利用高精度CT(計(jì)算機(jī)斷層掃描)對(duì)此前他們發(fā)現(xiàn)的中生代反鳥類雅尾鹓鶵的頭骨化石進(jìn)行三維復(fù)原，重建了幾乎所有頭骨骨骼的立體形態(tài)，包括構(gòu)成頭骨可動(dòng)性通道的骨骼。該研究結(jié)果顯示，鹓鶵保留了典型的主龍類雙顳弓的顳區(qū)結(jié)構(gòu)：三射型的眶后骨和顴骨、鱗骨分別相接，鱗骨又與方顴骨相接，從而形成了與眼眶完全分隔的上、下顳孔。這樣的顳區(qū)構(gòu)造限制了顴骨的前后移動(dòng)，說明“側(cè)面通道”并未形成。
受保存原因等影響，中生代鳥類腭面骨骼形態(tài)的研究程度有可能最低。研究團(tuán)隊(duì)此次復(fù)原了該區(qū)域的主要骨骼，顯示鹓鶵的翼骨和獸腳類恐龍相同，都具有寬大的方骨支，但缺失和方骨的可動(dòng)關(guān)節(jié)，取而代之的是腭骨的方骨支與方骨的眼突形成嵌接式的關(guān)聯(lián)。而腭骨顯示出進(jìn)步的特征，如缺失顴骨突，從而不再是獸腳類恐龍亦或始祖鳥那樣的四射型。
利用幾何形態(tài)測(cè)量的方法追溯腭骨在恐龍—鳥類演化過程中的形態(tài)變化，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，顴骨突的缺失是鳥類腭骨形態(tài)“現(xiàn)代化”的第一步。鹓鶵的犁骨較為粗大而與恐龍相似，遠(yuǎn)不如現(xiàn)生多數(shù)鳥類那樣纖細(xì)。鹓鶵保留了寬大的外翼骨，與顴骨相接。前述腭面構(gòu)造與獸腳類恐龍相差無幾，說明腭面通道也未出現(xiàn)。
王敏稱，相較于顳區(qū)和腭區(qū)的構(gòu)造，鹓鶵的其他頭骨形態(tài)都呈現(xiàn)出典型的、進(jìn)步的鳥類特征，說明頭骨不同部位的演化速度并非均一，顳區(qū)和腭區(qū)在演化上相對(duì)保守，這樣原始和進(jìn)步的形態(tài)特征同時(shí)出現(xiàn)，就是典型的“鑲嵌演化”。如果再與鹓鶵已經(jīng)非常進(jìn)步的頭后骨骼形態(tài)相比，這樣的差異就更為顯著。
周忠和院士表示，以鹓鶵為代表的反鳥類是中生代鳥類演化最成功的一個(gè)類群，但它們保留了原始的非可動(dòng)性頭骨，說明這一形態(tài)功能特征和多樣性演化之間的相互促進(jìn)關(guān)系，在鳥類演化歷程上是發(fā)生在反鳥類從鳥類主干上分開之后。
反鳥類雖然具有全球性分布，但它們都在白堊紀(jì)末期的大滅絕事件中絕滅，而具有可動(dòng)性頭骨的今鳥型類則存活下來，并在新生代快速演化并形成所有現(xiàn)代鳥類，這表明頭骨可動(dòng)性增加了個(gè)體在面臨極端選擇壓力時(shí)的適應(yīng)性。
標(biāo)簽： 中國(guó)科學(xué)家
