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    作者:唐鳳 廖洋 來源: 中國科學報 發布時間:2019/7/23 9:28:49
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    我們每次吞咽都和1.64億年前有關
    新化石揭示哺乳動物復雜舌骨進化

     

    ■本報記者 唐鳳 廖洋

    這塊1.64億年前的化石,是一只微小柱齒獸的最后記錄。它是一種類似鼩鼱的微小哺乳型動物,也是動物進化出現代舌骨的最早例子。

    “現在哺乳動物已經十分多樣化,能通過不同方式咀嚼食物,但它們都以同樣的方式咽下食物。”該研究資深作者、美國芝加哥大學解剖學和生物學教授羅哲西說,“而從本質上講,哺乳動物咀嚼和吞咽的特殊方式都是由靈活的舌骨實現的。”

    由山東科技大學地球科學與工程學院教授周長付牽頭,中國、美國、德國科學家組成的國際合作課題組經過6年研究,最終證實在我國內蒙古寧城五化地區發現的化石中的侏羅紀微小柱齒獸,具有與現生哺乳動物同樣的舌骨構造。該化石也是迄今最早具有完整舌骨的原始哺乳動物化石。相關論文7月19日刊登于《科學》。

    “這個發現證明我們的每次吞咽都和1.64億年前有關。”周長付告訴《中國科學報》,“哺乳動物舌骨出現于哺乳型動物獲得咀嚼能力的最早期階段。”

    “不同尋常”的美麗化石

    舌骨連接口腔后部,“守衛”著食道和喉部的“大門”。包括人類在內的現代哺乳動物的舌骨呈U形排列,類似馬鞍,對食物精細咀嚼和吞咽起關鍵作用。

    研究人員表示,馬鞍狀舌骨決定了咽喉的框架,標志著與爬行動物相比,哺乳動物的食物咀嚼和吞咽更為精細、復雜:哺乳動物通常一次吞下小塊或細碎的食物,而不是像短吻鱷那樣一口吞下大塊食物或整個獵物。

    然而,這種獨特的舌骨結構何時,以及如何首次出現在哺乳動物身上,一直是古生物學家的疑問。

    2014年,當時就職于沈陽師范大學的周長付與同事在遼寧、內蒙古和河北交界的燕遼生物群發現了一個保存有精致舌骨的微小柱齒獸化石。

    “這是一塊原始的、美麗的化石。我第一眼就為這小小的化石保存得如此之好感到驚奇。我們有一種感覺,這塊化石不尋常,但我們對它的不尋常之處感到困惑。”羅哲西說,“在拍攝了詳細的照片,并在顯微鏡下檢查了化石之后,我們才意識到,這種侏羅紀動物的舌骨非常小,很像現代哺乳動物的舌骨。”

    脆弱的骨頭

    微小柱齒獸屬于柱齒目,是中生代哺乳型動物。“哺乳型動物就是比哺乳動物更早期的動物,比如類人猿和人比較像,但是它不屬于哺乳動物,而是哺乳型動物。”周長付說。

    據介紹,中生代(也被稱作爬行動物時代)距今2.52億年至6600萬年,在這個遠古的年代,哺乳型動物是現代哺乳動物的近親類群,所以中生代哺乳型動物化石研究是古生物學和生命演化研究的熱點。

    由于舌骨比較脆、比較小,難以保存,所以之前的化石研究中很少有人關注到這個領域。

    “舌骨比較細小,又與其他骨骼連接不緊密,所以動物死亡后,很容易脫落或腐爛,因此很難保存下來。之前發現的更古老的哺乳型動物化石都沒有完整的舌骨保存下來,大多只有牙齒或不完整的頭骨等。”周長付說,“因此,該研究為系統研究哺乳動物舌骨演化課題填補了空白。”

    在微小柱齒獸中發現舌骨之后,研究人員在其他中生代哺乳型動物身上也發現了類似的舌骨化石結構。

    “現在我們第一次能夠從化石記錄中了解早期哺乳動物的關鍵吞咽功能是如何進化的。微小柱齒獸的微小舌狀體是解釋哺乳動物進食功能進化的一個重要里程碑。”羅哲西說。

    研究人員還指出,該發現表明現代哺乳動物的舌骨構造起源并傳承于更為原始的哺乳型動物,打破了人們對于舌骨起源于哺乳動物而不是哺乳型動物的常規科學認識。

    進化新見解

    研究人員還研究了微小柱齒獸的模型,并重建了其生活方式。

    該化石體長約14.7厘米,體重約5~9克。據介紹,這是迄今發現的體型最小的柱齒獸類化石。它的舌骨部分只有幾毫米大小,很難用肉眼分辨,科學家通過工業CT等技術手段探測,經過長時間研究,最終確定了舌骨的存在。

    此外,現代哺乳動物的下顎和中耳是由第一個咽弓發育而來的,咽弓是脊椎動物胚胎中的結構,能發育成其他可識別的骨骼和組織。與此同時,舌骨分別由第二和第三咽弓發育。微小柱齒獸有一個原始的中耳,仍然像其他早期哺乳動物一樣附著在下頜上,比如犬齒龍類動物。

    “下頜式中耳等特征也為原始哺乳動物多樣性和中耳的演化研究提供了新的線索。”周長付說。

    耶魯大學博士后學者Bhart-Anjan Bhullar說:“舌骨和耳骨都是原始脊椎動物嘴和鰓骨骼的衍生物,最早的魚類祖先就是用它們進食和呼吸的。微小柱齒獸的舌骨關節和活動舌骨與古老的中耳共存。因此,現代哺乳動物的建立是對古老系統的再利用。”

    而且,此次發現的微小柱齒獸是首次被發現并命名的新物種。“它具有典型的原始哺乳動物特征,骨骼輕盈,肢骨長而纖細,尾巴超過體長的一半,以樹棲生活為主。”周長付說。

    據悉,燕遼生物群是世界知名的中生代生物化石寶庫,對研究恐龍、鳥類、被子植物起源具有極其寶貴的價值。微小柱齒獸的化石層可追溯到1.66億至1.64億年前,當時微小柱齒獸與其他柱齒動物共存,如半水棲的獺形貍尾獸等。

    相關論文信息:https://doi.org/10.1126/science.aau9345

    《中國科學報》 (2019-07-23 第3版 綜合)
     
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