研究表明哺乳動物的最早祖先并非像科學(xué)家之前推測的那樣如蜥蜴般運動
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)中國科學(xué)報（唐鳳）：以現(xiàn)存爬行動物為模型研究哺乳動物祖先脊椎的傳統(tǒng)做法，可能不是表明哺乳般運一個好的選擇。研究表明，動物的最動無錫找外圍（抖音網(wǎng)紅）找外圍【電話微信192=1819=1410提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)哺乳動物的早祖最早祖先并非像科學(xué)家之前推測的那樣如蜥蜴般運動。
美國科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的先并蜥蜴一項研究，通過測量現(xiàn)存和滅絕的非像脊椎動物（爬行動物、哺乳動物及其滅絕近親）的科學(xué)脊椎形狀，對目前流行的前推脊椎進(jìn)化假說提出了挑戰(zhàn)。研究人員描繪了脊椎結(jié)構(gòu)的那樣進(jìn)化對功能的影響，并表明非哺乳類合弓綱動物脊椎的研究移動方式與任何現(xiàn)存動物截然不同。3月2日，表明哺乳般運相關(guān)論文發(fā)表于《當(dāng)代生物學(xué)》。動物的最動
“現(xiàn)存爬行動物被拿來與合弓綱動物比較，早祖因為它們有相似的先并蜥蜴伸展姿勢。然而，非像無錫找外圍（抖音網(wǎng)紅）找外圍【電話微信192=1819=1410提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)我們詳細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，這些動物的脊椎結(jié)構(gòu)和功能可能完全不同。因此，現(xiàn)存爬行動物并不是研究合弓綱動物脊椎的好模型。”該團(tuán)隊負(fù)責(zé)人、哈佛大學(xué)生物與進(jìn)化生物學(xué)系Katrina E. Jones在接受《中國科學(xué)報》采訪時說。
就像一把瑞士軍刀
脊椎對哺乳動物的運動而言，就像一把瑞士軍刀。它能以各種方式發(fā)揮作用，從而使運動具有顯著多樣性。那么，哺乳動物的祖先也是這樣嗎？
動物能跑、游、爬、飛，部分歸功于脊椎的大規(guī)模重組，而這發(fā)生在大約3.2億年前的進(jìn)化過程中。翻開任何一本解剖學(xué)教科書，你都會發(fā)現(xiàn)一個長期存在的假說，即哺乳動物的脊椎骨具有獨一無二的矢狀（上下）運動能力，這進(jìn)化自一種功能類似于現(xiàn)存爬行動物的古老脊椎骨。另一方面，爬行動物的脊椎骨只能側(cè)向（左右）移動。
這種所謂“側(cè)向到矢狀”的轉(zhuǎn)變完全是基于已滅絕的合弓綱動物和現(xiàn)代蜥蜴表面上的相似性。
合弓綱動物出現(xiàn)在3.2億年前的晚石炭紀(jì)，是二疊紀(jì)中到晚期的優(yōu)勢陸地動物。因為它們演化出了哺乳動物，因此也被認(rèn)為是現(xiàn)代哺乳動物的祖先。
Jones表示，研究發(fā)現(xiàn)，雖然在哺乳動物進(jìn)化過程中，矢狀彎曲程度確實有所增加，但最早的合弓綱動物脊椎骨具有最佳硬度，在向哺乳動物進(jìn)化的過程中，并不包括以爬行類動物側(cè)向彎曲為特征的階段。
“哺乳動物直接從側(cè)向彎曲過渡到矢狀彎曲的觀點太簡單了。”資深作者、哈佛大學(xué)生物與進(jìn)化生物學(xué)系助理教授Stephanie Pierce說，“幾百萬年前，蜥蜴和哺乳動物分道揚鑣，各自踏上了進(jìn)化之旅。我們的研究表明，現(xiàn)存的蜥蜴并不代表任何一種祖先形態(tài)或功能，不過這兩個類群很久以前可能有共同之處。”
那么，哺乳動物祖先的脊椎究竟是什么樣的，又如何移動呢？想找出答案，就要對大樣本脊椎骨進(jìn)行量化。
量化脊椎骨有點棘手
“我們首先必須量化脊椎的形狀，這實際上有點棘手。”Jones說，“脊椎形狀非常復(fù)雜，很難測量。每條脊椎都由多個脊椎骨組成，不同物種的脊椎骨數(shù)量不同，而脊椎骨數(shù)量不同的動物，其骨頭形狀和功能很可能以不同方式劃分。這比較有挑戰(zhàn)性。”
于是Jones 等人測量了一系列爬行動物、哺乳動物和蠑螈標(biāo)本以及合弓綱動物化石的脊椎形狀。這些標(biāo)本來自世界各地的博物館：現(xiàn)代動物骨骼主要來自比較動物學(xué)博物館、菲爾德自然歷史博物館，以及美國、歐洲和南非的其他博物館。
研究人員在每種動物脊椎的相同位置選擇了5塊脊椎骨，然后使用一種地標(biāo)技術(shù)——幾何形態(tài)測量學(xué)，測量了不同動物脊椎骨的三維形狀。結(jié)果表明，合弓綱動物與現(xiàn)代哺乳動物的脊椎有很大不同，與蜥蜴等爬行動物也有很大不同。
接下來，研究人員利用之前的研究數(shù)據(jù)，對現(xiàn)代蜥蜴和哺乳動物的脊椎形狀和運動程度進(jìn)行了比較，以檢驗脊椎是如何運動的，進(jìn)而提供了形狀和功能間的關(guān)鍵聯(lián)系。這些數(shù)據(jù)使研究人員繪制出大量動物樣本脊椎功能的變化，重建并描述了每種動物的功能特征精確組合。
“我們的數(shù)據(jù)分析方法令人興奮，因為它可以揭示不同脊柱形狀如何導(dǎo)致不同的功能權(quán)衡。”Pierce告訴《中國科學(xué)報》，例如爬行動物脊椎非常擅長側(cè)彎，但不能像哺乳動物那樣上下移動。
進(jìn)化需要權(quán)衡
“我們能證明，與現(xiàn)存爬行動物和哺乳動物相比，合弓綱動物脊椎骨有不同的功能組合。”Jones說，“在進(jìn)化過程中，它們不是從爬行類的側(cè)彎到哺乳類的矢狀彎曲，而是從一條完全不同的路徑上單獨進(jìn)化而來。”
一種傳統(tǒng)推測是，哺乳動物祖先與現(xiàn)代爬行動物做了同樣的權(quán)衡。但事實證明，它們有一套完全不同的折中體系。
合著者、菲爾德自然歷史博物館Ken Angielczyk表示：“爬行動物的進(jìn)化時間和哺乳動物一樣長，也正因為如此，它們也有同樣長的時間積累‘特殊技能’。在進(jìn)化過程中，哺乳動物和爬行動物都積累了自己的一套專長。”
研究結(jié)果表明，合弓綱動物脊椎骨實際上非常堅硬，完全不同于蜥蜴，后者在橫向上非常有曲度。此外，在哺乳動物進(jìn)化過程中，這種堅硬的脊椎增加了新功能，包括下背部的矢狀彎曲和上部的扭轉(zhuǎn)。這些新功能對于構(gòu)建哺乳動物功能多樣化的脊椎骨至關(guān)重要，可使現(xiàn)代哺乳動物跑得非常快，并能旋轉(zhuǎn)身體梳理皮毛。相比之下，爬行動物進(jìn)化出非常有曲度和能側(cè)向移動的脊椎，以適應(yīng)它們特殊的運動模式。
Pierce說：“通過對化石記錄的嚴(yán)格分析，我們認(rèn)為這是一個更加復(fù)雜和有趣的進(jìn)化故事。我們現(xiàn)在正在揭示哺乳動物脊椎骨的進(jìn)化路徑。”
研究人員正在用CAD輔助的三維模型測試該研究結(jié)果。到目前為止，該測試支持了這篇論文中的發(fā)現(xiàn)。未來的研究將創(chuàng)建3D模型直接測試這些動物脊椎骨的功能和移動狀態(tài)。“我們還不知道整個故事。”Jones說，“但已經(jīng)接近了。”
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.02.009
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